一、 引言

    Map是Java常用数据结构,它提供了一种键值对的存储方式可以根据键来快速访问值。在本篇文章中,我将学习Java中的Map数据结构

    问题最好老师,我将从至少以下几个方面阐述,什么map使用Map有什么好处、Map的底层原理map中的keyvalue分别是什么、以及Map的Key值为什么不能重复、Map中的key值和Hash什么关系

    以及对HashMap、TreeMap和LinkedHashMap三种常用的Map实现类进行了解。我将逐步解析它们的初始化添加获取元素遍历删除元素功能最后给出一个二维表进行结构化

二、问题

2.1 什么是Map

    Map是Java中的一个接口,它代表了一种键值对的映射关系。它允许我们通过Key来访问Value。在Map中,每个Key都是唯一的,而且与该Key对应的Value是一一对应的关系。

2.2 使用Map的好处

    使用Map有很多好处,以下是其中几个重要的好处:

    快速访问通过给定的Key,可以快速访问对应的Value,无需遍历整个集合
    灵活性:Map不仅可以存储基本数据类型的值,还可以存储定义对象作为Value,这使得它非常灵活。
    动态增长:Map的大小可根据需要动态增长,不需要事先指定容量。
    数据分类:Map可以用于数据进行分类分组存储,为后续的检索处理提供了便利。

2.3 Map的底层原理

    在Java中,常用的Map实现类有HashMap、TreeMap和LinkedHashMap。这些实现类在底层数据组织方式查找算法上略有不同

    HashMap使用列表(Hash Table)作为底层数据结构,它通过把Key的Hash映射一个数组索引上,并使用地址解决Hash冲突

    TreeMap使用红黑树(Red-Black Tree)作为底层数据结构,它会对Key进行排序,并且可以提供有序遍历

    LinkedHashMap继承自HashMap,它在HashMap的基础上通过维护一个双向链表来保证插入顺序或访问顺序

    根据实际情况选择不同的Map实现类,可以根据需求平衡时间复杂度空间复杂度

    下面将会了解这几个实现类的一些方法

2.4 Key和Value的含义

在Map中,Key用于唯一标识一个键值对,它相当于数据的索引。Value则是与Key相关联的数据。对于同一个Key,只能有一个对应的Value,但是不同的Key可以对应不同的Value。

例如我们可以创建一个Map,将每个人名字作为Key,将他们年龄作为Value。通过Key,我们可以快速地查找到对应的年龄

2.5 Key值为什么不能重复

    Map中要求每个Key都是唯一的,这是因为Map需要通过Key来定位和访问Value。如果出现多个相同的Key,Map无法确定应该返回哪个Value。

    当我们使用put方法向Map中添加键值对时,如果Key已经存在,新的Value将会覆盖旧的Value。因此,Key的唯一性保证了在Map中定位Value的准确性。

2.6 Key值和Hash的关系

    Java中的HashMap和LinkedHashMap是通过计算Key的Hash值来确定Key在底层数组中的位置的。

    在HashMap中,当我们向其中插入一个键值对时,HashMap会首先通过Key的hashCode()方法计算Key的哈希值。然后,HashMap会根据哈希值对数组的长度取模,得到Key在底层数组中的索引位置。如果有多个Key的哈希值映射到同一个索引位置,则HashMap会使用链表红黑树处理冲突

    而在LinkedHashMap中,它在HashMap的基础上通过维护一个双向链表来保证插入顺序或访问顺序。HashMap中的Key与链表节点相互关联,实现了按照插入顺序或访问顺序迭代Map的键值对。

    由此可见,Hash在Map中起到了定位Key的作用,通过计算Key的哈希值,可以快速定位到Key在底层数组中的位置,从而提高查找效率。同时,Hash值的唯一性也保证了Key在Map中的唯一性。

    由于Hash值是通过哈希函数计算得出的,存在一定的碰撞概率。因此,在使用自定义对象作为Key时,我们需要重写hashCode()方法来确保生成的Hash值能够准确地表示对象唯一性,同时也要重写equals()方法来处理碰撞冲突时的比较逻辑。这样可以保证不同的Key对象即使在Hash值相同的情况下,也可以正确地进行比较查找

三、 HashMap

在这里插入图片描述

3.1 初始化HashMap

    在Java中,我们可以使用HashMap类来创建一个HashMap对象。下面是一些常见初始化方法:

    使用默认构造函数

HashMap<String, Integer> map = new HashMap<>();

    指定初始容量:

HashMap<String, Integer> map = new HashMap<>(16);

指定初始容量和加载因子

HashMap<String, Integer> map = new HashMap<>(16, 0.75f);

3.2 添加获取元素

    向HashMap中添加元素时,我们需要使用put()方法,并提供键和值。下面是一个示例

HashMap<String, Integer> map = new HashMap<>();
map.put("apple", 5);
map.put("banana", 10);
map.put("orange", 8);

    获取HashMap中的元素可以使用get()方法,并提供键。下面是一个示例

int appleCount = map.get("apple");
System.out.println("苹果数量:" + appleCount);

3.3 遍历HashMap

    遍历HashMap可以使用多种方式比如使用迭代器、foreach循环或使用Java 8的Lambda表达式。下面是一个使用迭代器遍历HashMap的示例

Iterator<Map.Entry<String, Integer>> iterator = map.entrySet().iterator();
while (iterator.hasNext()) {
    Map.Entry<String, Integer> entry = iterator.next();
    System.out.println("水果:" + entry.getKey() + ",数量:" + entry.getValue());
}

3.4 删除元素

    从HashMap中删除元素可以使用remove()方法,并提供键。下面是一个示例

map.remove("banana");

3.5实现原理

①HashMap的put()方法

实现原理如下

    首先,HashMap将要存储的键值对通过哈希函数进行处理,得到一个哈希码(hash code)。

    接下来,HashMap将根据哈希码找到该键值对应在内部数组中的索引位置

    如果该位置没有其他键值对存在,那么直接将新的键值对存储在该位置上即可

    如果该位置上已经存在其他键值对,那么HashMap将采用链表或者红黑树方式处理冲突。它会在该位置上的键值对链表(或树)中依次比较存储的键的哈希码和键值是否与要存储的键值对相等

    如果找到了相等的键,HashMap会替换该键对应的值。

    如果没有找到相等的键,HashMap会将新的键值对添加到链表(或树)的末尾

在这里插入图片描述

②HashMap的get()方法

它的实现原理如下

    首先,HashMap通过哈希函数计算键的哈希码。

    接下来,HashMap将根据哈希码找到该键对应在内部数组中的索引位置。

    如果该位置上没有键值对,那么表示该键不存在于HashMap中,返回null

    如果该位置上存在键值对,HashMap会遍历链表(或树),比较存储的键的哈希码和键值是否与要获取的键值对相等。

    如果找到了相等的键,HashMap返回该键对应的值。

    如果遍历完链表(或树)都没有找到相等的键,那么表示该键不存在于HashMap中,返回null

    通过这种方式,HashMap可以高效地实现put()和get()方法,快速存储和查找键值对,提供了快速的数据访问能力

四、 TreeMap

在这里插入图片描述

4.1 初始化TreeMap

    与HashMap类似,我们可以使用TreeMap类来创建一个TreeMap对象。下面是一些常见初始化方法:

    使用默认构造函数

TreeMap<String, Integer> map = new TreeMap<>();

    使用Comparator初始化

TreeMap<String, Integer> map = new TreeMap<>(Comparator.reverseOrder());

4.2 添加获取元素

    添加获取元素方式与HashMap类似,使用put()方法添加元素,使用get()方法获取元素。

map.put("apple", 1);
map.put("banana", 2);
map.put("orange", 3);

int value = map.get("apple");
System.out.println(value);  // 输出:1

4.3 遍历TreeMap

    遍历TreeMap的方法与HashMap类似,可以使用迭代器、for-each循环或Lambda表达式

    以下是使用for-each循环遍历TreeMap的例子

for (Map.Entry<String, Integer> entry : map.entrySet()) {
    String key = entry.getKey();
    int value = entry.getValue();
    System.out.println(key + " : " + value);
}

4.4 删除元素

    从TreeMap中删除元素的方式与HashMap类似,使用remove()方法。

map.remove("banana");

五、 LinkedHashMap

在这里插入图片描述

5.1 初始化LinkedHashMap

    LinkedHashMap是一个有序的Map实现类,保留了元素的插入顺序。初始化方式与HashMap类似。

    使用默认构造函数

LinkedHashMap<String, Integer> map = new LinkedHashMap<>();

5.2 添加获取元素

    添加和获取元素的方式与HashMap类似,使用put()方法添加元素,使用get()方法获取元素。

map.put("apple", 1);
map.put("banana", 2);
map.put("orange", 3);

int value = map.get("apple");
System.out.println(value);  // 输出:1

5.3 遍历LinkedHashMap

    遍历LinkedHashMap的方法与HashMap类似,可以使用迭代器、for-each循环或Lambda表达式

for (Map.Entry<String, Integer> entry : map.entrySet()) {
    String key = entry.getKey();
    int value = entry.getValue();
    System.out.println(key + " : " + value);
}

5.4 删除元素

    从LinkedHashMap中删除元素的方式与HashMap类似,使用remove()方法。

map.remove("banana");

六、二维总结

维度 HashMap TreeMap LinkedHashMap
底层实现 哈希表 红黑树 哈希表+链表
插入顺序 无序 无序基于键的自然排序或自定义排序 保持插入顺序
查找效率 O(1) O(log n) O(1)
迭代顺序 无序 有序基于键的自然排序或自定义排序 保持插入顺序或访问顺序
键的唯一 允许null键和null 不允许null键,可null 允许null键和null
性能 在大多数情况下,具有良好的性能 相比HashMap,由于排序逻辑,稍稍慢一些 相比HashMap,由于维护链表,稍稍慢一些
空间需求 相对较低(无序 相对较高(有序 相对较高(保持插入顺序或访问顺序)

    我们可以看到HashMap、TreeMap和LinkedHashMap都是非常有用和灵活的Map实现类,每种都适用于不同的使用场景。当我们需要一个无序、高效的Map时,可以选择HashMap;当我们需要一个有序的Map时,可以选择TreeMap;而当我们需要一个保留插入顺序、支持特殊操作的Map时,可以选择LinkedHashMap。

    因此,当我们需要使用Map数据结构时,我们可以根据具体需求选择合适的数据结构解决问题

如果本篇博客对您有一定的帮助,请您留下宝贵的三连:留言+点赞+收藏哦。

原文地址:https://blog.csdn.net/aqiuisme/article/details/131406168

本文来自互联网用户投稿,该文观点仅代表作者本人,不代表本站立场。本站仅提供信息存储空间服务,不拥有所有权,不承担相关法律责任

如若转载,请注明出处:http://www.7code.cn/show_45422.html

如若内容造成侵权/违法违规/事实不符,请联系代码007邮箱suwngjj01@126.com进行投诉反馈,一经查实,立即删除

发表回复

您的邮箱地址不会被公开。 必填项已用 * 标注