Map基本概念

数据结构中Map是一种重要的形式。Map接口定义的是查询表,或称查找表,其用于储存所谓的键/值对(key-value pair),其中key是映射表的索引。

JDK结构中还存在实现Map类似功能的遗留集合:

Hashtable(线程安全的散列映射表)

Properties(属性映射表),常用于配置文件(如db.properties)。

Map接口源代码

package java.util;

/* 映射表(查询表)泛型接口 */
public interface Map<K,V> {
/* 基本与Collection相同,返回映射表中key-value映射对数量(内部属性size) */
int size();
/* 基本与Collection相同,返回映射表是否包含映射对 */
boolean isEmpty();
/* 返回映射表是否包含指定的键 */
boolean containsKey(Object key);
/* 返回映射表是否包含指定的值,或者说指定的值是否有大于等于1个映射的键 */
boolean containsValue(Object value);
/* 如果映射表中存在指定key,返回此key的值;否则,返回null */
V get(Object key);
/* 将键值对放入映射表中。
* 如果键存在,则用现在的值替换原有值,返回原有值对象;
* 如果键不存在则存入键值对,返回null */
*/
V put(K key, V value);
/* 移除指定键对应的值。如果存在键,则移除,并返回移除值对象;反之,则返回null */
V remove(Object key);
/* 复制另一张映射表元素到本映射表中 */
void putAll(Map<? extends K, ? extends V> m);
/* 基本同Collection,清空映射表 */
void clear();
/* 获得键的Set集合 */
Set<K> keySet();
/* 获得值的Collection集合 */
Collection<V> values();
/* 获得键值对的Set集合 */
Set<Map.Entry<K, V>> entrySet();
/* 内部接口 Entry<K,V> */
interface Entry<K,V> {
/* 获取键值对的键 */
K getKey();
/* 获取键值对的值 */
V getValue();
/* 设置键值对的值 */
V setValue(V value);
/* 比较entry(键值对) */
boolean equals(Object o);
/* 生成entry对象的hash值 */
int hashCode();
}
/* 比较映射表 */
boolean equals(Object o);
/* 生成映射表对象的hash码*/
int hashCode();
}

深入理解码源

对象比较好基友:equals(Object obj)hashcode()

Map<K, V>接口及其内部接口Entry<K, V>都有这俩方法。如此设计,目的就是规范其实现子类,要求子类必须重写Object类的这俩方法,从而完成映射表这种数据结构的既定思想。

boolean equals(Object o);   // 对象比较
int hashCode(); // 哈希码

集合框架通用方法:size()isEmpty()

集合框架(包括Collection接口及其子接口ListSetMap接口)内部维护一个size属性,其描述用户提供可操纵元素数量,通过size()方法向用户提供可见性,通过isEmpty()方法向用户说明是否集合中仍存在其可操纵的元素。

int size();                // 元素保有量
boolean isEmpty(); // 元素数量是否为0

键、值存在性判断:containsKey(Object key)containsValue(Object value)

boolean containsKey(Object key);       // 映射表是否包含指定键的元素
boolean containsValue(Object value); // 映射表是否包含指定值得元素

映射表增删查改:

增、改  V put(K key, V value)  V putAll(Map<? extends K, ? value V> m)

删        V remove(Object key)   void clear()

查        V get(Object key)

V put(K key, V value)    // 放入或替换指定key的键值对
V putAll(Map<? extends K, ? value V> m) // 将另一映射表所有元素放入本映射表
V remove(Object key) // 移除指定key的键值对
V get(Object key) // 获取指定key的键值对
void clear() // 清除所有映射表元素
package com.forget406.study;

import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
import java.util.TreeMap; public class MapStudy {
@SuppressWarnings({ "unchecked", "rawtypes" })
public static void main(String[] args) {
/* JDK 1.7允许后面的尖括号内不写泛型变量 */
Map<String, Coordinate> rect =
new HashMap<>();
rect.put("point A", new Coordinate(0, 0));
rect.put("point B", new Coordinate(1, 0));
rect.put("point C", new Coordinate(1, 1));
rect.put("point D", new Coordinate(0, 1)); Map<String, Coordinate> line =
new TreeMap<String, Coordinate>();
line.put("point A", new Coordinate(0, 0));
line.put("point B", new Coordinate(3, 3)); /***** 实验测试部分 *****/
System.out.println(rect); // output rectangle
System.out.println(line); // output line
System.out.println(rect.put("point D", new Coordinate(2, 2))); // (0, 1)
System.out.println(rect.get("point C")); // (1,1)
System.out.println(rect.get("point E")); // null
rect.putAll(line);
System.out.println(rect);
System.out.println(line.remove("point C")); // null
System.out.println(line.remove("point A")); // (0, 0)
} } /**
* 坐标类
*
* @author forget406
* @since 09/08/2016
* @param <T> 泛型参数
*/
class Coordinate<T> {
private T x;
private T y; public Coordinate(T x, T y) {
this.x = x;
this.y = y;
} @Override
public int hashCode() {
final int prime = 31;
int result = 1;
result = prime * result + ((x == null) ? 0 : x.hashCode());
result = prime * result + ((y == null) ? 0 : y.hashCode());
return result;
} @SuppressWarnings("unchecked")
@Override
public boolean equals(Object obj) {
if (this == obj)
return true;
if (obj == null)
return false;
if (getClass() != obj.getClass())
return false;
Coordinate<T> other = (Coordinate<T>) obj;
if (x == null) {
if (other.x != null)
return false;
} else if (!x.equals(other.x))
return false;
if (y == null) {
if (other.y != null)
return false;
} else if (!y.equals(other.y))
return false;
return true;
} @Override
public String toString() {
return "(" + x + "," + y + ")";
}
}
{point C=(1,1), point B=(1,0), point A=(0,0), point D=(0,1)}
{point A=(0,0), point B=(3,3)}
(0,1)
(1,1)
null
{point C=(1,1), point B=(3,3), point A=(0,0), point D=(2,2)}
null
(0,0)

程序运行结果

映射表元素遍历三种方式(或称 映射表集合视图(*)):

  • key遍历  Set<K> keySet()  返回映射表中所有键的视图。可以从这个Set中删除元素,同时也从映射表中删除了它们。   
  • value遍历  Collection<V> values() 返回映射表中所有值的视图。可以从这个Collection中删除元素,同时也从映射表中删除了它们。
  • Entry(key-value对)遍历  Set<Map.Entry<K, V>> entrySet() 返回Map.Entry对象Set集的视图,即映射表中的键/值对。可以从这个集合中删除元素,同时也从映射表中删除了它们。

注意:虽然可以从这三种遍历方式遍历获得的视图集合中删除元素,但是均不能够在其中添加元素。

Set<K> keySet();                   // 元素键视图集
Collection<V> values(); // 元素值视图集
Set<Map.Entry<K, V>> entrySet(); // 元素键/值对视图集

Map接口的内部接口,即Entry<K, V>接口,起封装键值对的作用。通过键值对遍历Map时,可以通过Entry接口提供的方法获取相应的键、值,以及设置键值对的值。

K getKey()   获得键值对的键

V getValue()  获得键值对的值

V setValue(V value)   设置键值对的值,同时映射表的内容也同时更新(*)

K setKey(K key)   但没有提供设置键值对键的方法,why? 键值对的键是键值对的索引,改变键不具有实际意义,而且改变之后会引起一系列诸如hash值改变等问题。

/* Entry<K, V>接口,属于内部接口 */
interface Entry<K,V> {
K getKey(); // 获得键值对的键
V getValue(); // 获得键值对的值
V setValue(V value); // 设置键值对的值
/* 前面已经论述过 */
boolean equals(Object o);
int hashCode();
}
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
import java.util.Map.Entry;
import java.util.Set; public class MapStudy {
@SuppressWarnings({ "unchecked", "rawtypes" })
public static void main(String[] args) {
Map<String, Coordinate> rect =
new HashMap<String, Coordinate>();
rect.put("point A", new Coordinate(0, 0));
rect.put("point B", new Coordinate(1, 0));
rect.put("point C", new Coordinate(1, 1));
rect.put("point D", new Coordinate(0, 1)); /***** 实验测试代码 *****/
Set<Entry<String, Coordinate>> pos = rect.entrySet();
/* 最好判断一下是否为null */
if (pos != null) {
for(Entry<String, Coordinate> p : pos) {
System.out.println(p.getKey()+ "=" +p.getValue()); // 获得键、值
p.setValue(new Coordinate("?", "?")); // 设置对应Entry的值
}
System.out.println(rect); // 更新Entry后,原来映射表内容也随之更新
}
}
} /**
* 坐标类
*
* @author forget406
* @since 09/08/2016
* @param <T> 泛型参数
*/
class Coordinate<T> {
private T x;
private T y; public Coordinate(T x, T y) {
this.x = x;
this.y = y;
} @Override
public int hashCode() {
final int prime = 31;
int result = 1;
result = prime * result + ((x == null) ? 0 : x.hashCode());
result = prime * result + ((y == null) ? 0 : y.hashCode());
return result;
} @SuppressWarnings("unchecked")
@Override
public boolean equals(Object obj) {
if (this == obj)
return true;
if (obj == null)
return false;
if (getClass() != obj.getClass())
return false;
Coordinate<T> other = (Coordinate<T>) obj;
if (x == null) {
if (other.x != null)
return false;
} else if (!x.equals(other.x))
return false;
if (y == null) {
if (other.y != null)
return false;
} else if (!y.equals(other.y))
return false;
return true;
} @Override
public String toString() {
return "(" + x + "," + y + ")";
}
}
point C=(1,1)
point B=(1,0)
point A=(0,0)
point D=(0,1)
{point C=(?,?), point B=(?,?), point A=(?,?), point D=(?,?)}

程序测试结果

如果读者需要进一步了解Java的内部接口机制,可以阅读另一篇文章:《Java高级特性(二)内部接口》

Map遍历方式

Map遍历作为文章体系中极为重要的一块内容,从上面模块中抽出来单独总结。

Iterator<E>接口实现

这种实现方式相对来说比较鸡肋,反正遍历Map我很少用到的。

import java.util.Collection;
import java.util.HashMap;
import java.util.Iterator;
import java.util.Map;
import java.util.Map.Entry;
import java.util.Set; public class MapStudy {
@SuppressWarnings({ "unchecked", "rawtypes" })
public static void main(String[] args) {
Map<String, Coordinate> rect =
new HashMap<String, Coordinate>();
rect.put("point A", new Coordinate(0, 0));
rect.put("point B", new Coordinate(1, 0));
rect.put("point C", new Coordinate(1, 1));
rect.put("point D", new Coordinate(0, 1)); /***** Iterator<E>方式遍历代码 *****/
// 遍历key,获取key
Set<String> keys = rect.keySet();
Iterator<String> it1 = keys.iterator();
while(it1.hasNext()) { // 问
String key = it1.next(); // 取
System.out.println(key);
// it1.remove(); 删
} // 遍历value,获取value
Collection<Coordinate> values = rect.values();
Iterator<Coordinate> it2 = values.iterator();
while(it2.hasNext()) {
Coordinate value = it2.next();
System.out.println(value);
} // 遍历key-value对,获取key、value,设置value
Set<Entry<String, Coordinate>> entries = rect.entrySet();
Iterator<Entry<String, Coordinate>> it3 = entries.iterator();
while(it3.hasNext()) {
Entry<String, Coordinate> entry = it3.next();
String key = entry.getKey();
System.out.println(key);
Coordinate value = entry.getValue();
System.out.println(value);
entry.setValue(new Coordinate("?", "?"));
}
System.out.println(rect);
}
} /**
* 坐标类
*
* @author forget406
* @since 09/08/2016
* @param <T> 泛型参数
*/
class Coordinate<T> {
private T x;
private T y; public Coordinate(T x, T y) {
this.x = x;
this.y = y;
} @Override
public int hashCode() {
final int prime = 31;
int result = 1;
result = prime * result + ((x == null) ? 0 : x.hashCode());
result = prime * result + ((y == null) ? 0 : y.hashCode());
return result;
} @SuppressWarnings("unchecked")
@Override
public boolean equals(Object obj) {
if (this == obj)
return true;
if (obj == null)
return false;
if (getClass() != obj.getClass())
return false;
Coordinate<T> other = (Coordinate<T>) obj;
if (x == null) {
if (other.x != null)
return false;
} else if (!x.equals(other.x))
return false;
if (y == null) {
if (other.y != null)
return false;
} else if (!y.equals(other.y))
return false;
return true;
} @Override
public String toString() {
return "(" + x + "," + y + ")";
}
}
point C
point B
point A
point D
(1,1)
(1,0)
(0,0)
(0,1)
point C
(1,1)
point B
(1,0)
point A
(0,0)
point D
(0,1)
{point C=(?,?), point B=(?,?), point A=(?,?), point D=(?,?)}

程序运行结果

for-each实现

在JDK1.5版本引入for-each(由JVM维护,内部实现也是通过迭代器实现)后,上面那种有点原始社会的感觉。所以一般我都是使用for-each遍历Map

import java.util.Collection;
import java.util.HashMap;
import java.util.Iterator;
import java.util.Map;
import java.util.Map.Entry;
import java.util.Set; public class MapStudy {
@SuppressWarnings({ "unchecked", "rawtypes" })
public static void main(String[] args) {
Map<String, Coordinate> rect =
new HashMap<String, Coordinate>();
rect.put("point A", new Coordinate(0, 0));
rect.put("point B", new Coordinate(1, 0));
rect.put("point C", new Coordinate(1, 1));
rect.put("point D", new Coordinate(0, 1)); /***** for-each方式遍历代码 *****/
// 遍历key,获取key
Set<String> keys = rect.keySet();
for(String key : keys) {
System.out.println(key);
} // 遍历value,获取value
Collection<Coordinate> values = rect.values();
for(Coordinate value : values) {
System.out.println(value);
} // 遍历key-value对,获取key、value,设置value
Set<Entry<String, Coordinate>> entries = rect.entrySet();
for(Entry<String, Coordinate> entry : entries) {
String key = entry.getKey();
System.out.println(key);
Coordinate value = entry.getValue();
System.out.println(value);
entry.setValue(new Coordinate("?", "?"));
}
System.out.println(rect);
}
} /**
* 坐标类
*
* @author forget406
* @since 09/08/2016
* @param <T> 泛型参数
*/
class Coordinate<T> {
private T x;
private T y; public Coordinate(T x, T y) {
this.x = x;
this.y = y;
} @Override
public int hashCode() {
final int prime = 31;
int result = 1;
result = prime * result + ((x == null) ? 0 : x.hashCode());
result = prime * result + ((y == null) ? 0 : y.hashCode());
return result;
} @SuppressWarnings("unchecked")
@Override
public boolean equals(Object obj) {
if (this == obj)
return true;
if (obj == null)
return false;
if (getClass() != obj.getClass())
return false;
Coordinate<T> other = (Coordinate<T>) obj;
if (x == null) {
if (other.x != null)
return false;
} else if (!x.equals(other.x))
return false;
if (y == null) {
if (other.y != null)
return false;
} else if (!y.equals(other.y))
return false;
return true;
} @Override
public String toString() {
return "(" + x + "," + y + ")";
}
}

Map体系结构

Map接口的实现类大致分为两大类:

通用映射表类

HashMap(散列映射表)、TreeMap(二叉树映射表)

专用映射表类

IdentityHashMap(标识散列映射表)、WeakHashMap(弱散列映射表)、LinkedHashMap(链接散列映射表)、EnumMap(枚举映射表)等。

当然,上面只是比较粗略地分类,后续文章将进一步深入分析Map相关接口、抽象类、实现类的内部机制,以及其于Set集的对应关系。

Map相关问题思考

思考1:标识符命名单复数

这个问题不光光是Map有,整个Java语言在设计时都是采用这种思路。这种写法归根结底还是由于英语国家语言语法习惯,值得我们在平时命名的时候注意。

boolean containsKey(Object key);

如果换成我习惯的命名法则,让我来设计底层代码,可能就写成

boolean containKey(Object key);

boolean isContainKey(Object key);

真的是一个大写的囧 o(╯□╰)o  和大牛的差距就体现出来了。

对于设计方法标识符时大致应该遵循:

1、如果方法用于判断,即返回值是boolean

boolean isAb(Ab是名词)  // 判断对象是Ab吗?
boolean AbsCd(Abs是动词单数,Cd是名词) // 判断对象Abs了Cd?比如上面的ContainsKey

2、一般的方法,规则是动词开头(具体判断是否加单数),后可以加名词或者连词(Of、As等)

思考2:Map视图

视图(views)其实是集合框架(collection frame)所共有的语言特性。

关于视图的内容,会单独整理总结成文,这里就是作为一块需要重点理解的内容提出来。

Map涉及到视图的内容:

Set<K> keySet();                   // 元素键视图集
Collection<V> values(); // 元素值视图集
Set<Map.Entry<K, V>> entrySet(); // 元素键/值对视图集
/** Entry<K, V>接口,属于内部接口 */
interface Entry<K,V> {
K getKey(); // 获得键值对的键
V getValue(); // 获得键值对的值
V setValue(V value); // 设置键值对的值
}  

思考3:Map遍历需要用Collection(集合)和Set(集)的原因分析

回头看前面Map接口源代码,你会发现它并没有写成

public interface Map<K, V> extends Iterable<E>

而是简单地写成

public interface Map<K, V>

也就是说,Map接口实际上是一个顶层接口。

相比较Collection<T>接口继承更顶层的Iterable<T>(拥有iterator()方法,以及for-each使用必须继承的接口),Map接口显得较为特殊。

为什么Map遍历必须借助Collection或Set呢?

假设现在Map接口源代码写成

public interface Map<K, V> extends Iterable<E>

那么问题来了,该怎么遍历Map呢?现在有key、value两个泛型参数,当然我们可以将这两个泛型参数看成一对Entry,不过如果我需要单独遍历key或者value呢?无法单独通过Map实现。这就会显得功能太单调。

与其这样,不如一不做二不休,将Map<K, V>接口的遍历查询结果做成三种Set集或Collection集合视图。

Map<K, V>的K不能够重复,选择合适的数据结构Set储存。

Map<K, V>的V可以重复,选择合适的数据结构Collection储存。当然我个人认为List储存也是可以的,只不过设计者选择更加稳妥、保守的方式而已。

思考4:增删查改方法都有泛型返回值V(映射表值)

这一点其实也没琢磨太清楚,可能是设计者认为这么定义方法更加人性化。比如:

V remove(Object o) 删除映射表中指定键元素,如果删除则返回删除元素的值对象,反正则返回null。这样我们还能够看看到底删除值对不对。

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