一、Map集合
已经学习了Map集合的常用方法,以及遍历方式。
下面学习的是Map接口下面的是三个实现类HashMap、LinkedHashMap、TreeMap。实际上这三个实现类并没有什么特有方法需要我们学习,它们的方法就是前面学习Map的方法。这里我们主要学习它们的底层原理。
1.1 HashMap
首先,学习HashMap集合的底层原理。前面学习过HashSet的底层原理,实际上HashMap底层原理和HashSet是一样的。为什么这么说呢?因为我们往HashSet集合中添加元素时,实际上是把元素作为添加添加到了HashMap集合中。
下面是Map集合的体系结构,HashMap集合的特点是由键决定的: 它的键是无序、不能重复,而且没有索引的。再各种Map集合中也是用得最多的一种集合。
刚才我们说,HashSet底层就是HashMap,我们可以看源码验证这一点,如下图所示,我们可以看到,创建HashSet集合时,底层帮你创建了HashMap集合;往HashSet集合中添加添加元素时,底层却是调用了Map集合的put方法把元素作为了键来存储。所以实际上根本没有什么HashSet集合,把HashMap的集合的值忽略不看就是HashSet集合。
HashSet的原理我们之前已经学过了,所以HashMap是一样的,底层是哈希表结构。
HashMap底层数据结构: 哈希表结构JDK8之前的哈希表 = 数组+链表JDK8之后的哈希表 = 数组+链表+红黑树哈希表是一种增删改查数据,性能相对都较好的数据结构往HashMap集合中键值对数据时,底层步骤如下第1步:当你第一次往HashMap集合中存储键值对时,底层会创建一个长度为16的数组第2步:把键然后将键和值封装成一个对象,叫做Entry对象第3步:再根据Entry对象的键计算hashCode值(和值无关)第4步:利用hashCode值和数组的长度做一个类似求余数的算法,会得到一个索引位置第5步:判断这个索引的位置是否为null,如果为null,就直接将这个Entry对象存储到这个索引位置如果不为null,则还需要进行第6步的判断第6步:继续调用equals方法判断两个对象键是否相同如果equals返回false,则以链表的形式往下挂如果equals方法true,则认为键重复,此时新的键值对会替换就的键值对。HashMap底层需要注意这几点:1.底层数组默认长度为16,如果数组中有超过12个位置已经存储了元素,则会对数组进行扩容2倍数组扩容的加载因子是0.75,意思是:16*0.75=12 2.数组的同一个索引位置有多个元素、并且在8个元素以内(包括8),则以链表的形式存储JDK7版本:链表采用头插法(新元素往链表的头部添加)JDK8版本:链表采用尾插法(新元素我那个链表的尾部添加)3.数组的同一个索引位置有多个元素、并且超过了8个,则以红黑树形式存储
从HashMap底层存储键值对的过程中我们发现:决定键是否重复依赖与两个方法,一个是hashCode方法、一个是equals方法。有两个键计算得到的hashCode值相同,并且两个键使用equals比较为true,就认为键重复。
所以,往Map集合中存储自定义对象作为键,为了保证键的唯一性,我们应该重写hashCode方法和equals方法。
比如有如下案例:往HashMap集合中存储Student对象作为键,学生的家庭住址当做值。要求,当学生对象的姓名和年龄相同时就认为键重复。
public class Student implements Comparable<Student> {private String name;private int age;private double height;// this o@Overridepublic int compareTo(Student o) {return this.age - o.age; // 年龄升序排序}@Overridepublic boolean equals(Object o) {if (this == o) return true;if (o == null || getClass() != o.getClass()) return false;Student student = (Student) o;return age == student.age && Double.compare(student.height, height) == 0 && Objects.equals(name, student.name);}@Overridepublic int hashCode() {return Objects.hash(name, age, height);}public Student() {}public Student(String name, int age, double height) {this.name = name;this.age = age;this.height = height;}//...get,set方法自己补全....@Overridepublic String toString() {return "Student{" +"name='" + name + '\'' +", age=" + age +", height=" + height +'}';}
}
写一个测试类,在测试类中,创建HashMap集合,键是Student类型,值是Stirng类型
/*** 目标:掌握Map集合下的实现类:HashMap集合的底层原理。*/
public class Test1HashMap {public static void main(String[] args) {Map<Student, String> map = new HashMap<>();map.put(new Student("蜘蛛精", 25, 168.5), "盘丝洞");map.put(new Student("蜘蛛精", 25, 168.5), "水帘洞");map.put(new Student("至尊宝", 23, 163.5), "水帘洞");map.put(new Student("牛魔王", 28, 183.5), "牛头山");System.out.println(map);}
}
上面存储的键,有两个蜘蛛精,但是打印出只会有最后一个。
1.2 LinkedHashMap
学习完HashMap集合的特点,以及底层原理。接下来我们学习一下LinkedHashMap集合。
- LinkedHashMap集合的特点也是由键决定的:有序的、不重复、无索引。
/*** 目标:掌握LinkedHashMap的底层原理。*/
public class Test2LinkedHashMap {public static void main(String[] args) {// Map<String, Integer> map = new HashMap<>(); // 按照键 无序,不重复,无索引。LinkedHashMap<String, Integer> map = new LinkedHashMap<>(); // 按照键 有序,不重复,无索引。map.put("手表", 100);map.put("手表", 220);map.put("手机", 2);map.put("Java", 2);map.put(null, null);System.out.println(map);}
}
运行上面代码发现,如果是LinedHashMap集合键存储和取出的顺序是一样的
如果是HashMap,键存储和取出的顺序是不一致的
- LinkedHashMap的底层原理,和LinkedHashSet底层原理是一样的。底层多个一个双向链表来维护键的存储顺序。
取元素时,先取头节点元素,然后再依次取下一个几点,一直到尾结点。所以是有序的。
1.3 TreeMap
最后,我们再学习Map集合下面的另一个子类叫TreeMap。根据我们前面学习其他Map集合的经验,我们应该可以猜出TreeMap有什么特点。
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TreeMap集合的特点也是由键决定的,默认按照键的升序排列,键不重复,也是无索引的。
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TreeMap集合的底层原理和TreeSet也是一样的,底层都是红黑树实现的。所以可以对键进行排序。
比如往TreeMap集合中存储Student对象作为键,排序方法有两种。直接看代码吧
排序方式1: 写一个Student类,让Student类实现Comparable接口
//第一步:先让Student类,实现Comparable接口
public class Student implements Comparable<Student>{private String name;private int age;private double height;//无参数构造方法public Student(){}//全参数构造方法public Student(String name, int age, double height){this.name=name;this.age=age;this.height=height;}//...get、set、toString()方法自己补上..//按照年龄进行比较,只需要在方法中让this.age和o.age相减就可以。/*原理:在往TreeSet集合中添加元素时,add方法底层会调用compareTo方法,根据该方法的结果是正数、负数、还是零,决定元素放在后面、前面还是不存。*/@Overridepublic int compareTo(Student o) {//this:表示将要添加进去的Student对象//o: 表示集合中已有的Student对象return this.age-o.age;}
}
排序方式2: 在创建TreeMap集合时,直接传递Comparator比较器对象。
/*** 目标:掌握TreeMap集合的使用。*/
public class Test3TreeMap {public static void main(String[] args) {Map<Student, String> map = new TreeMap<>(new Comparator<Student>() {@Overridepublic int compare(Student o1, Student o2) {return Double.compare(o1.getHeight(), o2.getHeight());}});
// Map<Student, String> map = new TreeMap<>(( o1, o2) -> Double.compare(o2.getHeight(), o1.getHeight()));map.put(new Student("蜘蛛精", 25, 168.5), "盘丝洞");map.put(new Student("蜘蛛精", 25, 168.5), "水帘洞");map.put(new Student("至尊宝", 23, 163.5), "水帘洞");map.put(new Student("牛魔王", 28, 183.5), "牛头山");System.out.println(map);}
}
这种方式都可以对TreeMap集合中的键排序。注意:只有TreeMap的键才能排序,HashMap键不能排序。
1.4 集合嵌套
到现在为止把Map集合和Collection集合的都已经学习完了。但是在实际开发中可能还会存在一种特殊的用法。就是把一个集合当做元素,存储到另一个集合中去,我们把这种用法称之为集合嵌套。
下面通过一个案例给大家演示一下
- 案例分析
1.从需求中我们可以看到,有三个省份,每一个省份有多个城市我们可以用一个Map集合的键表示省份名称,而值表示省份有哪些城市
2.而又因为一个身份有多个城市,同一个省份的多个城市可以再用一个List集合来存储。所以Map集合的键是String类型,而指是List集合类型HashMap<String, List<String>> map = new HashMap<>();
- 代码如下
/*** 目标:理解集合的嵌套。* 江苏省 = "南京市","扬州市","苏州市“,"无锡市","常州市"* 湖北省 = "武汉市","孝感市","十堰市","宜昌市","鄂州市"* 河北省 = "石家庄市","唐山市", "邢台市", "保定市", "张家口市"*/
public class Test {public static void main(String[] args) {// 1、定义一个Map集合存储全部的省份信息,和其对应的城市信息。Map<String, List<String>> map = new HashMap<>();List<String> cities1 = new ArrayList<>();Collections.addAll(cities1, "南京市","扬州市","苏州市" ,"无锡市","常州市");map.put("江苏省", cities1);List<String> cities2 = new ArrayList<>();Collections.addAll(cities2, "武汉市","孝感市","十堰市","宜昌市","鄂州市");map.put("湖北省", cities2);List<String> cities3 = new ArrayList<>();Collections.addAll(cities3, "石家庄市","唐山市", "邢台市", "保定市", "张家口市");map.put("河北省", cities3);System.out.println(map);List<String> cities = map.get("湖北省");for (String city : cities) {System.out.println(city);}map.forEach((p, c) -> {System.out.println(p + "----->" + c);});}
}