Map接口概述

Map与Collection并列存在。用于存储具有映射关系的数据 : key-value

  • Map 中的 key 和 value 都可以是任何引用类型的数据
  • Map 中的 key 用Set来存放,不允许重复,key所在的类须重写hashCode()和equals()方法
  • 常用String类作为Map的key
  • key 和 value 之间存在单向一对一关系,即通过指定的 key 总能找到唯一的、确定的 value
  • Map接口的常用实现类:HashMap、TreeMap、LinkedHashMap和Properties。其中,HashMap是 Map 接口使用频率最高的实现类

常用实现类

  • HashMap : 作为Map的主要实现类;线程不安全的,效率高,key可以为null

    • LinkedHashMap:保证在遍历map元素时,可以照添加的顺序实现遍历。

      原理:在HashMap底层结构基础上,添加了一对指针,指向 前一个和后一个元素。对于频繁的遍历操作,此类执行效率高于HashMap
  • TreeMap:对添加的key-value对进行排序,实现排序遍历。此时考虑key的自然排序或定制排序。底层使用红黑树

  • Hashtable:作为古老的实现类;线程安全的,效率低;key和value都不能为null

底层实现原理(重要)

HashMap在jdk7中实现原理

HashMap map = new HashMap():

在实例化以后,底层创建了长度是16的一维数组Entry[] table

​ 首先,调用key1所在类的hashCode()计算key1哈希值,此哈希值经过某种算法计算以后,得到在 Entry数组中的存放位置。

如果此位置上的数据为空,此时的key1-value1添加成功。----情况1

如果此位置上的数据不为空,意味着此位置上存在一个或多个数据(以链表形式存在),比较key1和已经存在的一个或多个数据的哈希值

​ 如果key1的哈希值与已经存在的数据的哈希值都不相同,此时key1-value1添加成功。----情况2

​ 如果key1的哈希值和已经存在的某一个数据(key2-value2)的哈希值相同,继续比较:调用key1所在类的equals(key2)方法,如果equals()返回false:此时key1-value1添加成功。----情况3

如果equals()返回true,使用value1替换value2,put()中存在替换的功能。

补充:关于情况2和情况3:此时key1-value1和原来的数据以链表的方式存储。

在不断的添加过程中,会涉及到扩容问题,当超出临界值(且要存放的位置非空)时,则会扩容。

默认的扩容方式:扩容为原来容量的2倍,并将原的数据复制过来。

HashMap在jdk8中的原理

  1. new HashMap():初始化时底层没创建一个长度为16的数组
  2. 首次调用put()方法时,底层创建长度为16的数组
  3. jdk 8底层的数组是:Node[],而非Entry[]
  4. jdk7底层结构:数组+链表。jdk8中底层结构:数组+链表+红黑树。

    形成链表时,七上八下(jdk7:新的元素指向旧的元素。jdk8:旧的元素指向新的元素)

HashMap底层典型属性的属性的说明:

  • DEFAULT_INITIAL_CAPACITY : HashMap的默认容量,16
  • MAXIMUM_CAPACITY HashMap的最大支持容量,2^30
  • DEFAULT_LOAD_FACTOR****:HashMap的默认加载因子
  • TREEIFY_THRESHOLD****:Bucket中链表长度大于该默认值,转化为红黑树
  • UNTREEIFY_THRESHOLD****:Bucket中红黑树存储的Node小于该默认值,转化为链表
  • MIN_TREEIFY_CAPACITY:桶中的Node被树化时最小的hash表容量。(当桶中Node的数量大到需要变红黑树时,若hash表容量小于MIN_TREEIFY_CAPACITY时,此时应执行
  • resize:扩容操作这个MIN_TREEIFY_CAPACITY的值至少是TREEIFY_THRESHOLD的4倍。
  • table:存储元素的数组,总是2的n次幂
  • entrySet:存储具体元素的集
  • size:HashMap中存储的键值对的数量
  • modCount:HashMap扩容和结构改变的次数。
  • **threshold****:扩容的临界值,=容量*填充因子
  • loadFactor:填充因子

存储结构

​ HashMap的内部存储结构其实是数组+链表+树的结合。当实例化一个HashMap时,会初始化initialCapacity和loadFactor,在put第一对映射关系时,系统会创建一个长度为initialCapacity的Node数组,这个长度在哈希表中被称为容量(Capacity),在这个数组中可以存放元素的位置我们称之为“桶”(bucket),每个bucket都有自己的索引,系统可以根据索引快速的查找bucket中的元素。

​ 每个bucket中存储一个元素,即一个Node对象,但每一个Node对象可以带一个引用变量next,用于指向下一个元素,因此,在一个桶中,就有可能生成一个Node链。也可能是一个一个TreeNode对象,每一个TreeNode对象可以有两个叶子结点left和right,因此,在一个桶中,就有可能生成一个TreeNode树。而新添加的元素作为链表的last,或树的叶子结点。

那么HashMap什么时候进行扩容和树形化呢?

当HashMap中的元素个数超过数组大小(数组总大小length,不是数组中个数size)loadFactor 时 , 就会进行数组扩容 , loadFactor 的默认 值 (DEFAULT_LOAD_FACTOR)为0.75,这是一个折中的取值。也就是说,默认情况下,数组大小(DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)为16,那么当HashMap中元素个数超过16*0.75=12(这个值就是代码中的threshold值,也叫做临界值)的时候,就把数组的大小扩展为 2*16=32,即扩大一倍,然后重新计算每个元素在数组中的位置,而这是一个非常消耗性能的操作,所以如果我们已经预知HashMap中元素的个数,那么预设元素的个数能够有效的提高HashMap的性能。 当HashMap中的其中一个链的对象个数如果达到了8个,此时如果capacity没有达到64,那么HashMap会先扩容解决,如果已经达到了64,那么这个链会变成树,结点类型由Node变成TreeNode类型。当然,如果当映射关系被移除后,下次resize方法时判断树的结点个数低于6个,也会把树再转为链表。

常见问题

是否可为null

  • HashMap允许一个键为null的键值对存在,允许多个值为null的键值对存在
  • TreeMap不允许键为null

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