java中的集合Map

Map的基本实现,包括:HashMap、TreeMap、LinkedHashMap、WeekHashMap、ConcurrentHashMap、IdentityHashMap。它们都有同样的基本接口Map,但是行为特性各不相同,这表现在效率,键值对的保存及呈现次序、对象的保存周期、映射表如何在多线程程序中工作和判定“键”等价的策略等方面。

java集合

java集合图.gif

HashMap
Map基于散列表的实现(它取代了Hashtable)。插入和查询“键值对”的开销是固定的。可以通过构造器设置容量和负载因子,以调整容器的性能。

LinkedHashMap
类似于HashMap,但是迭代遍历它时,取得“键值对”的顺序是其插入次序,或者是最近最少使用(LRU)的次序。只比HashMap慢一点;而在迭代访问时反而更快,因为它使用链表维护内部次序。

TreeMap
基于红黑树的实现。查看“键”或“键值对”时,它们会被排序(次序由Comparable或Comparator决定)。TreeMap的特点在于,所得到的结果是经过排序的,TreeMap是唯一带有subMap方法的Map,它可以返回一个子树。

WeekHashMap
弱键(week key)映射,允许释放映射所指向的对象;这是为解决某些类特殊问题而设计的。如果映射之外没有引用指向某个“键”,则此“键”可以被垃圾收集器回收。

ConcurrentHashMap
一种线程安全的Map,它不涉及同步加锁。

IdentityHashMap
使用==代替equals对“键”进行比较的散列映射,专为解决特殊问题而设计。

Map接口中主要的方法

containsKey(Object key):如果此映射包含指定键的映射关系,则返回 true;
containsValue(Object value):如果此映射将一个或多个键映射到指定值,则返回 true;
entrySet():返回此映射中包含的映射关系的 Set 视图;
get(Object key):返回指定键所映射的值;如果此映射不包含该键的映射关系,则返回 null;
keySet():返回此映射中包含的键的 Set 视图;
put(K key, V value):将指定的值与此映射中的指定键关联(可选操作)。

AbstractMap提供 Map 接口的骨干实现,以最大限度地减少实现Map接口所需的工作。要实现不可修改的映射,编程人员只需扩展此类并提供 entrySet 方法的实现即可,该方法将返回映射的映射关系Set视图。通常,返回的 set 将依次在AbstractSet上实现。此 set 不支持add或remove方法,其迭代器也不支持 remove 方法。要实现可修改的映射,编程人员必须另外重写此类的 put 方法(否则将抛出 UnsupportedOperationException),entrySet().iterator() 返回的迭代器也必须另外实现其remove方法。

LinkedHashMap返回的结果是其插入次序

LinkedHashMap继承自HashMap,所以它比HashMap的性能略差,但是可以维护元素间的插入顺序(使用一个双向链表来保存顺序):

private transient Entry<K,V> header;  
private static class Entry<K,V> extends HashMap.Entry<K,V> {  
        // These fields comprise the doubly linked list used for iteration.  
        Entry<K,V> before, after;  
        …….//省略  
}  

当要调用put方法插入元素时,会调用HashMap的put方法,这个方法会调用addEntry()方法,这个方法在LinkedHashMap中被重定义了:

//LinkedHashMap的addEntry方法  
void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {  
        super.addEntry(hash, key, value, bucketIndex);//调用HashMap中的addEntry方法,会创建结点,同时会维护新创建的结点到双向链表中  
        // Remove eldest entry if instructed  
        Entry<K,V> eldest = header.after;  
        if (removeEldestEntry(eldest)) {  
            removeEntryForKey(eldest.key);  
        }  
}  
//HashMap中的addEntry方法  
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);  
}  
//LinkedHashMap中的createEntry,覆盖HashMap中的createEntry  
void createEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {  
        HashMap.Entry<K,V> old = table[bucketIndex];  
        Entry<K,V> e = new Entry<>(hash, key, value, old);  
        table[bucketIndex] = e;  
        e.addBefore(header);  
        size++;  
}  

从以上代码中我们可以看到LinkedHashMap的put方法的过程,首先LinkedHashMap中没有put方法,所以会调用HashMap中的put方法,这个put方法会检查数据是否在Map中,如果不在就会调用addEntry方法,由于LinkedHashMap覆盖了父类的addEntry方法,所以会直接调用LinkedHashMap的addEntry方法,这个方法中又调用了HashMap的addEntry方法,addEntry又调用了createEntry方法,这个方法也是LinkedHashMap覆盖了HashMap的,它会创建结点到table中,同时会维护Entry(继承自HashMap.Entry的LinkedHashMap.Entry)的前后元素。

//HashMap中的createEntry方法,对比以上LinkedHashMap中的createEntry方法发现,除了将Entry放入桶中之外,LinkedHashMap还维护了Entry指向之前元素和之后元素的指针  
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++;  
}  

简单来讲,LinkedHashMap中的Entry是带有指向在它自己插入Map之前和之后的元素引用的对象,在put元素时,首先检查数据是否已经在Map中,如果不在就创建这个Entry,同时还要把这个Entry记录插入到之前元素构成的链表中(并没有真的简单的创建了个链表结点,而是这个链表本身就是这些Entry元素构成的)。这些Entry本身不但是Map中table的元素,还是链表元素。
在进行遍历时,它使用的是KeyIterator,而KeyIterator继承自LinkedHashIterator,在LinkedHashIterator内部有链表的头指针指向的下一个元素:

Entry<K,V> nextEntry = header.after;

由于这些Entry本身是链表元素,也是table中元素,故直接找到其后继就可以得到所有元素。剩下的遍历过程就是对一个链表的遍历了,每遍历到一个Entry就可以获得它的key和value。

此外,LinkedHashMap还能维护一个最近最少访问的序列,其本质还是维护Entry指针,每次使用get访问元素时,都会将这个元素插入Map尾部,这样链表头部就是最近访问次数最少的元素了,整个链表就是从近期访问最少到近期访问最多的顺序。

其实现方式是,在get中找到要get的元素后调用元素的recordAccess方法,这个方法就把这个Entry的前后指针进行了调整。

//LinkedHashMap的get方法  
public V get(Object key) {  
        Entry<K,V> e = (Entry<K,V>)getEntry(key);  
        if (e == null)  
            return null;  
        e.recordAccess(this);//调整指针  
        return e.value;  
}  
//Entry的recordAccess方法,参数m就是一个LinkedHashMap  
void recordAccess(HashMap<K,V> m) {  
LinkedHashMap<K,V> lm = (LinkedHashMap<K,V>)m;  
        if (lm.accessOrder) {//是否按照最近最少访问排列  
            lm.modCount++;  
            remove();//从当前链中删除自己  
            addBefore(lm.header);//加入到链表尾部  
        }  
}  

总的来说,对于所有的集合类来说,对于List,如果随机存取多于修改首尾元素的可能,则应该选择ArrayList,如果要实现类似队列或者栈的功能或者首尾添加的功能较多,则应该选择LinkedList;对于Set,HashSet是常用的Set,毕竟通常对Set操作都是插入和查询,但是如果希望产生带有排序的Set则可以使用TreeSet,希望记录插入顺序则要使用LinkedHashSet;而Map和Set类似,如果需要快速的查询和添加,则可以用HashMap,如果需要Map中的元素按照一定的规则排序,则可以用TreeMap,如果需要记录数据加入Map的顺序,或者需要使用最近最少使用的规则,则可以用LinkedHashMap。

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