【从0开始学习Java | 第18篇】集合（下 - Map部分）

青衫码上行2025-10-08 11:20

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深入浅出Java集合

在Java集合框架中，Map是一个非常重要的分支，它不同于List、Set这些以"单列数据"为核心的集合，而是以"键值对（key-value）"的形式存储数据的双列集合，就像现实生活中的字典------通过"键"快速找到对应的"值"。今天我们就来好好聊聊Map家族的核心成员、特性以及使用场景。

双列集合的特点：

一、Map的核心接口定义

Map接口是整个家族的基石，它定义了键值对存储的基本规范：

  • 键（key）不可重复，每个键最多对应一个值；
  • 值（value）可以重复，多个键可以对应相同的值；
  • 键和值都可以为null（但不同实现类对null的支持不同）。

Map接口的核心方法包括：

put方法细节：

添加 / 覆盖
添加：在添加数据的时候，如果键不存在，那么会直接把键值对对象添加到Map集合中，方法返回null
覆盖：在添加数据的时候，如果键是存在的，那么会把原有的键值对对象覆盖，并且返回原来覆盖的值

Map的三种遍历方式：

java 复制代码 
import java.util.HashMap;
import java.util.Iterator;
import java.util.Map;
import java.util.Set;

public class MapTraversalExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建并初始化一个Map
        Map<String, Integer> map = new HashMap<>();
        map.put("Apple", 10);
        map.put("Banana", 20);
        map.put("Cherry", 30);

        System.out.println("=== 1. 遍历键集（Key Set） ===");
        
        // 1.1 增强for循环遍历键集
        for (String key : map.keySet()) {
            System.out.println("Key: " + key + ", Value: " + map.get(key));
        }
        
        // 1.2 迭代器遍历键集
        Set<String> keySet = map.keySet();
        Iterator<String> keyIterator = keySet.iterator();
        while (keyIterator.hasNext()) {
            String key = keyIterator.next();
            System.out.println("Key: " + key + ", Value: " + map.get(key));
        }
        
        // 1.3 Lambda表达式遍历键集
        map.keySet().forEach(key -> 
            System.out.println("Key: " + key + ", Value: " + map.get(key))
        );

        System.out.println("\n=== 2. 遍历值集（Value Collection） ===");
        
        // 2.1 增强for循环遍历值集
        for (Integer value : map.values()) {
            System.out.println("Value: " + value);
        }
        
        // 2.2 迭代器遍历值集
        Iterator<Integer> valueIterator = map.values().iterator();
        while (valueIterator.hasNext()) {
            System.out.println("Value: " + valueIterator.next());
        }
        
        // 2.3 Lambda表达式遍历值集
        map.values().forEach(value -> System.out.println("Value: " + value));

        System.out.println("\n=== 3. 遍历键值对（Entry Set） ===");
        
        // 3.1 增强for循环遍历键值对
        for (Map.Entry<String, Integer> entry : map.entrySet()) {
            System.out.println("Key: " + entry.getKey() + ", Value: " + entry.getValue());
        }
        
        // 3.2 迭代器遍历键值对
        Iterator<Map.Entry<String, Integer>> entryIterator = map.entrySet().iterator();
        while (entryIterator.hasNext()) {
            Map.Entry<String, Integer> entry = entryIterator.next();
            System.out.println("Key: " + entry.getKey() + ", Value: " + entry.getValue());
        }
        
        // 3.3 Lambda表达式遍历键值对（直接使用Map的forEach方法）
        map.forEach((key, value) -> 
            System.out.println("Key: " + key + ", Value: " + value)
        );
    }
}

二、Map家族的成员

Map接口有多个实现类，每个类都有独特的底层结构和适用场景，我们重点看几个最常用的：

1. HashMap🥝

注意：依赖hashCode方法和equals方法保证键的唯一

如果键存储的是自定义对象，需要重写hashCode和equals方法
如果键存储的是非自定义对象，不需要重写hashCode和equals方法

  • 底层结构 ：JDK 1.8后采用 "数组+链表+红黑树" 实现。当链表长度超过8且数组容量≥64时，链表会转为红黑树，提升查询效率''【底层结构和HashSet差不多，都是哈希表结构】。
  • 特性 ：
    • 无序（键值对的存储顺序与插入顺序无关）；
    • 允许键和值为null（但键只能有一个null）；
    • 线程不安全，效率高。
  • 适用场景：大多数单线程环境下的键值对存储，追求查询、插入的高效性（平均时间复杂度接近O(1)）。
java 复制代码 
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;

public class HashMapDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建HashMap，键是字符串（名字），值是整数（年龄）
        Map<String, Integer> userAges = new HashMap<>();
        
        // 存数据：put(键, 值)
        userAges.put("张三", 20);
        userAges.put("李四", 22);
        userAges.put("王五", 25);
        userAges.put("张三", 21); // 键重复，会覆盖之前的20
        
        // 查数据：get(键)
        System.out.println("李四的年龄：" + userAges.get("李四")); // 输出22
        
        // 遍历所有键值对（推荐用entrySet，效率高）
        System.out.println("所有用户：");
        for (Map.Entry<String, Integer> entry : userAges.entrySet()) {
            System.out.println(entry.getKey() + "：" + entry.getValue() + "岁");
        }
        // 输出可能是：张三：21岁  李四：22岁  王五：25岁（顺序不固定）
        
        // 删数据：remove(键)
        userAges.remove("王五");
        System.out.println("删除后是否有王五：" + userAges.containsKey("王五")); // 输出false
    }
}

2. LinkedHashMap："有记忆"的HashMap🐦‍🔥

  • 底层结构 ：继承自HashMap ，额外通过双向链表记录键值对的插入顺序（或访问顺序）
  • 特性 ：
    • 有序：可以保持插入顺序（默认）或访问顺序（通过构造方法LinkedHashMap(int initialCapacity, float loadFactor, boolean accessOrder)设置为true时，每次访问一个键值对会将其移到链表尾部）；
    • 不重复，无索引
    • 允许键和值为null；
    • 线程不安全，效率略低于HashMap（因维护链表额外开销）。
  • 适用场景：需要保留插入顺序（如日志记录）或实现LRU（最近最少使用）缓存策略的场景。
java 复制代码 
import java.util.LinkedHashMap;
import java.util.Map;

public class LinkedHashMapDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // 1. 默认按插入顺序保存
        Map<String, String> fruits = new LinkedHashMap<>();
        fruits.put("apple", "苹果");
        fruits.put("banana", "香蕉");
        fruits.put("orange", "橙子");
        
        System.out.println("插入顺序遍历：");
        fruits.forEach((k, v) -> System.out.println(k + "=" + v));
        // 输出：apple=苹果  banana=香蕉  orange=橙子（和插入顺序一致）
        
        // 2. 按访问顺序（最近访问的放最后），可实现LRU缓存
        // 构造方法：容量16，负载因子0.75，accessOrder=true（访问顺序）
        Map<String, Integer> lruCache = new LinkedHashMap<>(16, 0.75f, true);
        lruCache.put("a", 1);
        lruCache.put("b", 2);
        lruCache.put("c", 3);
        
        lruCache.get("a"); // 访问a，会把a移到最后
        System.out.println("访问a后顺序：");
        lruCache.forEach((k, v) -> System.out.print(k + " ")); // 输出：b c a
        
        lruCache.put("d", 4); // 新增d，顺序变为b c a d
        System.out.println("\n新增d后顺序：");
        lruCache.forEach((k, v) -> System.out.print(k + " ")); // 输出：b c a d
        // 当容量满时，最早没被访问的（比如b）会被自动删除，这就是LRU缓存的核心
    }
}

3. TreeMap🥝

  • 底层结构 ：基于 红黑树 实现。
  • 特性 ：
    • 有序：默认按键的自然顺序（如数字从小到大、字符串字典序）排序，也可通过代码书写两种排序规则：①实现Comparator接口自定义排序规则 ②创建集合时传递Comparator比较器对象，指定比较规则
    • 不重复，无索引
    • 不允许键为null（值可以为null）；
    • 线程不安全。
  • 适用场景：需要对键进行排序的场景，例如实现排行榜、按日期排序数据等。查询、插入时间复杂度为O(log n)。
java 复制代码 
public class TreeMapDemo {
    public static void main(String[] args) {
        //默认升序排列
        TreeMap<Integer,String > tp2 = new TreeMap<>();
        tp2.put(1, "糖果");
        tp2.put(3, "双皮奶");
        tp2.put(2, "姜撞奶");
        tp2.put(4, "咖啡");

        System.out.println(tp2);
        // 输出：{1=糖果, 2=姜撞奶, 3=双皮奶, 4=咖啡}
        System.out.println("=========");

        //降序排列
        TreeMap<Integer, String> tp = new TreeMap<>((o1, o2) -> {
            // o1：当前要添加的元素
            // o2：表示已经在红黑树中存在的元素
            return o2 - o1;
        }
        );
        tp.put(1, "糖果");
        tp.put(3, "双皮奶");
        tp.put(2, "姜撞奶");
        tp.put(4, "咖啡");

        System.out.println(tp);
        // 输出：{4=咖啡, 3=双皮奶, 2=姜撞奶, 1=糖果}
    }
}

三、Map使用的注意事项

  1. HashMap的扩容问题：

    • 初始容量默认16，负载因子0.75。当元素数量超过"容量×负载因子"时，会触发扩容（容量翻倍），扩容时需重新计算哈希并迁移元素，成本较高。
    • 建议：根据预估数据量设置初始容量（如预估1000个元素，可设为1000/0.75≈1334），减少扩容次数。

  2. TreeMap的键必须可比较：

    • 若键的类未实现Comparable接口，且未指定Comparator，会抛出ClassCastException。

  3. 遍历方式的选择：

    • 遍历所有键值对时，entrySet()比"先keySet()再get(key)"更高效（避免重复查询）。

    • 示例：

      java 复制代码 
      // 推荐方式
for (Map.Entry<String, Integer> entry : map.entrySet()) {
    String key = entry.getKey();
    Integer value = entry.getValue();
}

四、总结

使用场景：

  • 追求速度选HashMap；
  • 需要排序选TreeMap；
  • 要保留顺序选LinkedHashMap；

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