Map接口框架图

Posted 2020-10-03 孙秋翔

Java集合大致可分为Set、List和Map三种体系，其中Set代表无序、不可重复的集合；List代表有序、重复的集合；而Map则代表具有映射关系的集合。Java 5之后，增加了Queue体系集合，代表一种队列集合实现。

Java集合框架主要由Collection和Map两个根接口及其子接口、实现类组成。本文仅探讨Map接口及其子接口、实现类。

1. Map接口继承树

2. Map接口的基本操作：

• V put(K key, V value): 将指定的值与此映射中的指定键相关联（可选操作）。如果此映射中以前包含一个该键的映射关系，则用指定值替换旧值。
• boolean containsKey(Object key): 如果此映射包含指定键的映射关系，则返回 true。
• boolean containsValue(Object value): 如果此映射为指定值映射一个或多个键，则返回 true。
• Set<Map.Entry<K,V>> entrySet(): 返回此映射中包含的映射关系的 set 视图。
• V get(Object key): 返回指定key对应的value
• V remove(Object key): 删除指定key对应的key-value对

3. HashMap类和Hashtable类

• Hashtable是线程安全的，而HashMap不是线程安全的。
• Hashtable不允许null作为key和value，而HashMap则可以使用null作为key和value。

不建议使用Hashtable类，它是一个很古老的类，从JDK1.0开始。如果要考虑线程安全，建议使用Collections工具类将HashMap转换为线程安全的。

3.1 Properties类

Properties类从Hashtable类继承而来。额外方法主要有：

• void load(InputStream inStream): 从属性文件加载key-value对
• void store(OutputStream out, String comments): 将当前的所有key-value对输出到指定属性文件
• String getProperty(String key): 获取指定key对应的value值
• String getProperty(String key, String defaultValue): 用指定的键在属性列表中搜索属性。如果在属性列表中未找到该键，则接着递归检查默认属性列表及其默认值。如果未找到属性，则此方法返回默认值变量。
• Object setProperty(String key, String value): 调用 Hashtable 的方法 put。使用 getProperty 方法提供并行性。

Properties还可以把key-value对以XML文件的格式保存，也可以从XML文件中加载。loadFromXML(InputStream in)及storeToXML(OutputStream os, String comment)。

3.2 LinkedHashMap类

LinkedHashMap从HashMap类继承而来。以链表来维护内部顺序。很多方面跟LinkedHashSet类似。LinkedHashMap它可以记住key-value对的添加时的顺序， 同时避免使用TreeMap时性能受到的影响。

4. SortedMap接口及其TreeMap实现类

类似于SortedSet及TreeSet，TreeMap也可以自定义比较器（Comparable）实现定制排序。它的额外提供的方法也与TreeSet类似，增加了访问第一个、前一个、后一个、最后一个key-value对的方法，并提供了从TreeMap中提取子集的方法。TreeMap不允许null作为key，要不然怎么比较呢？

• firstEntry()/firstKey()/lastEntry()/lastKey()/higerEntry()/higerKey()/....../subMap(Object fromKey, Object toKey)/...

5. IdentityHashMap类

与HashMap的不同在于，只有两个key严格相等（key1 == key2)时，IdentityHashMap才认为两个key相等；而对于普通HashMap而言，只要key1.equals(key2)且hashCode相同即可。同样允许null值，不能保证顺序。

6. EnumMap类

EnumMap是一个与枚举类一起使用的Map实现。它的key必须是单个枚举类的枚举值。EnumMap不允许使用null作为key，但可作为value。《Effective Java》第33条，用EnumMap代替序数索引，一个稍复杂的应用：

// Using a nested EnumMap to associate data with enum pairs - Pags 163-164
import java.util.*;

public enum Phase {
   SOLID, LIQUID, GAS;

   public enum Transition {
      MELT(SOLID, LIQUID), FREEZE(LIQUID, SOLID),
      BOIL(LIQUID, GAS),   CONDENSE(GAS, LIQUID),
      SUBLIME(SOLID, GAS), DEPOSIT(GAS, SOLID);

      private final Phase src;
      private final Phase dst;
        
      Transition(Phase src, Phase dst) {
         this.src = src;
         this.dst = dst;
      }
      // Initialize the phase transition map
      private static final Map<Phase, Map<Phase,Transition>> m =
        new EnumMap<Phase, Map<Phase,Transition>>(Phase.class);
      static {
         for (Phase p : Phase.values())
           m.put(p,new EnumMap<Phase,Transition>(Phase.class));
         for (Transition trans : Transition.values())
           m.get(trans.src).put(trans.dst, trans);
      }

      public static Transition from(Phase src, Phase dst) {
         return m.get(src).get(dst);
      }
   }

   // Simple demo program - prints a sloppy table
   public static void main(String[] args) {
       for (Phase src : Phase.values())
           for (Phase dst : Phase.values())
               if (src != dst)
                   System.out.printf("%s to %s : %s %n", src, dst,
                                     Transition.from(src, dst));
   }
}

7. 各种Map实现类选择策略

1. 正常情况使用HashMap，而不是Hashtable。
2. 如果考虑排序，那么考虑使用TreeMap。通常TreeMap比HashMap等在插入、删除操作时要慢不少，因为它需要在底层采用红黑树来管理key-value对。
3. 如果考虑插入时的顺序，那么使用LinkedHashMap是个不错的选择。
4. 如果想优化垃圾回收，建议使用WeakHashMap实现类（本文未提及）；要求key完全匹配（同一对象），则使用IdentityHashMap；还有枚举类不多说了。
5. 关于null值：Hashtable不允许key为null，也不允许value为null；TreeMap与EnumMap不允许key为null；HashMap及其子类LinkedHashMap，IdentityHashMap允许key为null。