Java筆記（七）Map和Set
阿新 • • 發佈：2018-11-16
Map和Set
一）HashMap
1.Map介面
interface Map<K,V> { int size();//檢視Map中的鍵值對個數 boolean isEmpty();//是否為空 boolean containsKey(Object key);//是否包含某個鍵 boolean containsValue(Object value);//是否包含某個值 V get(Object key);//根據鍵獲取值，沒找到返回null V put(K key, V value);//儲存鍵值對，如果原來有key，則覆蓋並返回原來的值，原來沒有這個鍵返回nullV remove(Object key);//根據鍵刪除鍵值對，返回key原來的值，如果不存在，返回null void putAll(Map<? extends K,? extends V> m);//儲存m中所有的鍵值對到當前map void clear();//清空Map中的所有鍵值對 Set<K> keySet();//獲取Map中所有鍵的集合 Collection<V> values();//獲取Map中所有值的集合 Set<Map.Entry<K, V>> entrySet();//獲取Map中所有的鍵值對interface Entry<K,V> { //巢狀介面表示一個鍵值對 K getKey();//獲取鍵 V getValue();//獲取值 V setValue(V value);//設定值 boolean equals(Object o); int hashCode(); } boolean equals(Object o); int hashCode(); }
keySet()、values()、entrySet()有一個共同特點，它們返回的都是檢視，
不是複製值，基於返回值的修改都會修改Map自身。例如：
map.keySet().clear();//會刪除所有鍵值對
2.HashMap
構造方法：
public HashMap(int initialCapacity) public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) public HashMap(Map<? extends K, ? extends V> m)
主要例項變數：
static final Entry<?,?>[] EMPTY_TABLE = {};
//table是一個Entry型別的陣列，稱為雜湊表或者雜湊桶， //其中每個元素指向一個單向連結串列，連結串列中的每個節點表示一個鍵值對 transient Entry<K,V>[] table = (Entry<K,V>[]) EMPTY_TABLE; transient int size; //實際鍵值對個數 int threshold;//表示閾值，當鍵值對個數size大等於該值時考慮擴充套件 threshold = table.length * loadFactor final float loadFactor;
Entry是一個內部類，構造方法：
static class Entry<K,V> implements Map.Entry<K,V> { final K key; V value; Entry<K,V> next; //指向下一個節點 int hash; //key的hash值 Entry(int h, K k, V v, Entry<K,V> n) { value = v; next = n; key = k; hash = h; //儲存hash值是為了在比較的時候加快速度 } }
當新增鍵值對後，table就不是空表了，它會隨著鍵值對的新增進行擴充套件，擴充套件的策略類似於ArrayList.
預設構造方法：
public HashMap() { this(DEFAULT_INITIAL_CAPACITY, DEFAULT_LOAD_FACTOR); } //其中DEFAULT_INITIAL_CAPACITY=16，DEFAULT_LOAD_FACTOR=0.75
呼叫了：
public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) { this.loadFactor = loadFactor; threshold = initialCapacity; }
put方法：
public V put(K key, V value) { if(table == EMPTY_TABLE) { inflateTable(threshold); } if(key == null) return putForNullKey(value); int hash = hash(key); //計算key的hash值 int i = indexFor(hash, table.length); //計算應該將這個鍵值對放入table中的哪個位置
//注意table是一個單向連結串列，現在在這個連結串列中查詢是否已經有這個鍵 for(Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) { Object k; if(e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) { V oldValue = e.value; e.value = value; e.recordAccess(this); return oldValue; } } modCount++;
addEntry(hash, key, value, i); return null; }
final int hash(Object k) { int h = 0 h ^= k.hashCode(); h ^= (h >>> 20) ^ (h >>> 12); return h ^ (h >>> 7) ^ (h >>> 4); }
static int indexFor(int h, int length) { return h & (length-1);//等同於h%length }
如果是第一個儲存，先呼叫inflateTable方法給table分配空間：
private void inflateTable(int toSize) { //Find a power of 2 >= toSize int capacity = roundUpToPowerOf2(toSize); //capacity的預設值為16 threshold = (int) Math.min(capacity * loadFactor, MAXIMUM_CAPACITY + 1); //預設為12 table = new Entry[capacity]; }
void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) { if((size >= threshold) && (null != table[bucketIndex])) { resize(2 * table.length);
hash = (null != key) ? hash(key) : 0; bucketIndex = indexFor(hash, table.length); } createEntry(hash, key, value, bucketIndex); }
void createEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) { Entry<K,V> e = table[bucketIndex]; table[bucketIndex] = new Entry<>(hash, key, value, e); size++; }
總結儲存鍵值對過程：
1）計算鍵的雜湊值
2）根據雜湊值得到儲存位置
3）插到對應位置的連結串列頭部或更新已有值
4）根據需要擴充套件table大小
例子：
Map<String,Integer> countMap = new HashMap<>(); countMap.put("hello", 1); countMap.put("world", 3); countMap.put("position", 4);
3.查詢方法
public V get(Object key) { if(key == null) return getForNullKey(); Entry<K,V> entry = getEntry(key); return null == entry ? null : entry.getValue(); }
final Entry<K,V> getEntry(Object key) { if(size == 0) { return null; } int hash = (key == null) ? 0 : hash(key); for(Entry<K,V> e = table[indexFor(hash, table.length)];e != null; e = e.next) { Object k; if(e.hash == hash && ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) return e; } return null; }
containsKey()方法邏輯與之類似：
public boolean containsKey(Object key) { return getEntry(key) != null; }
HashMap可以方便高效地按鍵進行操作，但如果要按值進行操作，就要進行遍歷：
public boolean containsValue(Object value) { if(value == null) return containsNullValue(); Entry[] tab = table; for(int i = 0; i < tab.length ; i++) for(Entry e = tab[i] ; e != null ; e = e.next) if(value.equals(e.value)) return true; return false; }
4.按鍵刪除鍵值對
public V remove(Object key) { Entry<K,V> e = removeEntryForKey(key); return(e == null ? null : e.value); }
final Entry<K,V> removeEntryForKey(Object key) { if(size == 0) { return null; } int hash = (key == null) ? 0 : hash(key); int i = indexFor(hash, table.length); Entry<K,V> prev = table[i]; Entry<K,V> e = prev; while(e != null) { Entry<K,V> next = e.next; Object k; if(e.hash == hash && ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) { modCount++; size--; if(prev == e) table[i] = next; else prev.next = next; e.recordRemoval(this); return e; } prev = e; e = next; } return e; }
5.實現原理總結
1）根據鍵獲取和儲存值的效率都很高，為O(1)，單向連結串列往往只有一個或
少數幾個節點，根據hash值就可以快速直接定位;
2）HashMap中的鍵值對沒有順序，因為hash值是隨機的。
注意，HashMap不是執行緒安全的，Java中還有一個類HashTable，它是Java最早實現的
容器類之一，實現了Map介面，實現原理與HashMap類似，但沒有特別優化，它內部通過
synchronized實現了執行緒安全。另外，在HashMap中鍵和值都可以為null，而在HashTable
中不可以。在不需要併發安全的場景中推薦使用HashMap。高併發場景中，推薦使用ConcurrentHashMap。
根據雜湊值存取物件、比較物件是計算機程式中的一種重要思維方式，它使得存取物件主要依賴於自身
的雜湊值，而不是與其他物件進行比較，存取效率也與集合大小無關，高達O(1),即使是進行比較，也能
比較Hash值提高比較效率。
二）HashSet
1.概述
HashSet實現了Set介面。
Set介面表示的是沒有重複元素，且不保證順序的容器的介面，
它擴充套件自Collection，雖然沒有定義任何新方法，不過
對於其中的一些方法，它有自己的規範。
public interface Set<E> extends Collection<E> { int size(); boolean isEmpty(); boolean contains(Object o); //迭代遍歷時不強制要求元素之間有特別的順序 //但某些Set實現可能有順序，比如ThreeSet Iterator<E> iterator(); Object[] toArray(); <T> T[] toArray(T[] a); //新增元素時，如果集合中已經存在相同元素了，則不會改變集合，直接返回false //只有不存在時才會新增，返回true boolean add(E e); boolean remove(Object o); boolean containsAll(Collection<?> c); //重複的元素不新增，不重複的元素才新增，如果集合有變化，返回true boolean addAll(Collection<? extends E> c); boolean retainAll(Collection<?> c); boolean removeAll(Collection<?> c); void clear(); boolean equals(Object o); int hashCode(); }
構造方法與HashMap類似：
public HashSet() public HashSet(int initialCapacity) public HashSet(int initialCapacity, float loadFactor) public HashSet(Collection<? extends E> c)
與HashMap類似，HashSet要求元素重寫hashCode與equals方法，且對於兩個物件，
如果equals相同，則hashCode也必須相同。如果元素是自定義類特別要注意這一點。
public class Dog { private String name; private int number; public Dog(String name, int number) { this.name = name; this.number = number; } @Override public String toString() { return "Name: " + name + " Number: " + number; } }
Dog a = new Dog("King", 110); Dog b = new Dog("King", 110); HashSet<Dog> dogs = new HashSet<>(); dogs.add(a); dogs.add(b); System.out.println("The set is " + dogs); //The set is [Name: King Number: 110, Name: King Number: 110]
2.實現原理
HashSet內部是用HashMap實現的，其內部有一個HashMap例項變數：
private transient HashMap<E,Object> map;
Map有鍵和值，HashSet相當於只有鍵，值都是相同的固定值，這個值定義為：
private static final Object PRESENT = new Object();
構造方法：
public HashSet() { map = new HashMap<>(); }
public HashSet(int initialCapacity, float loadFactor) { map = new HashMap<>(initialCapacity, loadFactor); }
public HashSet(Collection<? extends E> c) { map = new HashMap<>(Math.max((int) (c.size()/.75f) + 1, 16)); addAll(c); }
add方法：
public boolean add(E e) { return map.put(e, PRESENT)==null; }
檢查是否包含：
public boolean contains(Object o) { return map.containsKey(o); }
刪除：
public boolean remove(Object o) { return map.remove(o)==PRESENT; }
迭代器：
public Iterator<E> iterator() { return map.keySet().iterator(); }
3.HashSet特點總結
1）沒有重複元素
2）沒有順序
3）可以高效地新增，刪除，判斷元素是否存在