【Java】Map和Set

[两种数据模型：Key 与 Key-Value](#两种数据模型：Key 与 Key-Value)
[Map 详解：键值对的映射容器](#Map 详解：键值对的映射容器)
- [Map 的概念](#Map 的概念)
- [Map.Entry<K, V> ⭐](#Map.Entry<K, V> ⭐)
- [Map 常用 API](#Map 常用 API)
- Map的特点
- [HashMap vs TreeMap](#HashMap vs TreeMap)
[Set 详解：唯一元素的集合](#Set 详解：唯一元素的集合)
- [Set 的概念](#Set 的概念)
- [Set 常用 API](#Set 常用 API)
- [Set 的特点](#Set 的特点)
- [HashSet vs TreeSet](#HashSet vs TreeSet)

两种数据模型：Key 与 Key-Value

简单来说：Set 对应纯 Key 模型，Map 对应 Key-Value 模型 。在 Java 集合框架中，两者都是接口，需要通过具体实现类来使用：

在深入 HashMap 和 TreeMap 之前，需要先明确 Map 接口的核心定义与约束 ：

Map 是一个接口类，它没有继承自 Collection 接口，这与 List、Set 不同。
Map 中存储的是 <K, V> 结构的键值对，并且 Key 一定是唯一的，不能重复 。当使用 put 方法放入相同的 key 时，新的 value 会覆盖旧的 value。

Map.Entry<K, V> 是 Map 内部实现的用来存放 <key, value> 键值对映射关系的内部类 。当遍历 Map 时，拿到的就是一个个 Entry 对象。

该内部类主要提供了以下方法：

注意：Map.Entry<K, V> 并没有提供设置 Key 的方法。这意味着 Map 中键值对的 Key 不能直接修改，如果要修改 Key，只能先将该 key 对应的映射删除，然后再插入新的 key-value 对。

以下是 Map 接口中最核心的方法，无论使用 HashMap 还是 TreeMap，这些 API 都是通用的：

方法	解释
`V get(Object key)`	返回 key 对应的 value，若 key 不存在则返回 null
`V getOrDefault(Object key, V defaultValue)`	返回 key 对应的 value，若 key 不存在则返回默认值 defaultValue
`V put(K key, V value)`	设置 key 对应的 value，若 key 已存在则覆盖并返回旧值
`V remove(Object key)`	删除 key 对应的映射关系，返回被删除的 value
`Set<K> keySet()`	返回所有 key 的不重复集合（因为 key 唯一）
`Collection<V> values()`	返回所有 value 的可重复集合（value 可能重复）
`Set<Map.Entry<K, V>> entrySet()`	返回所有的 key-value 映射关系
`boolean containsKey(Object key)`	判断是否包含指定的 key
`boolean containsValue(Object value)`	判断是否包含指定的 value

Map 不能直接实例化：Map 是一个接口，必须通过其实现类（如 TreeMap 或 HashMap）来实例化对象。
Map下的类不能使用迭代器进行遍历。
Key 唯一，Value 可重复：这是 Map 最核心的特性。
关于 null 值的支持差异 ：
- TreeMap ：插入键值对时，Key 不能为空 （会抛出 NullPointerException），Value 可以为空。
- HashMap ：Key 和 Value 都可以为空。
Key 的分离与访问：Map 中的 Key 可以全部分离出来，存储到 Set 中进行访问（因为 Key 不能重复，正好符合 Set 的特性）。
Value 的分离与访问：Map 中的 value 可以全部分离出来，存储在 Collection 的任何一个子集合中（因为 value 可能有重复）。
Key 不可直接修改：Map 中键值对的 Key 不能直接修改，value 可以修改。如果要修改 Key，只能先将该 key 删除，然后再重新插入新的键值对。

特性	HashMap	TreeMap
底层结构	哈希表（数组+链表+红黑树）	红黑树
时间复杂度	O(1)	O(log n)
元素顺序	无序	按键的自然顺序或比较器排序
null 支持	key 和 value 均可为 null	key 不能为 null，value 可以为 null
比较要求	自定义对象需重写 hashCode() 和 equals()	key 必须实现 Comparable 或传入 Comparator

从源码深入理解HashMap和TreeMap

在深入 HashSet 和 TreeSet 之前，需要先明确 Set 接口的核心定义与约束：

以下是 Set 接口中最核心的方法，无论使用 HashSet 还是 TreeSet，这些 API 都是通用的：

方法	解释
`boolean add(E e)`	添加元素，但重复元素不会被添加成功（返回 false）
`void clear()`	清空集合中的所有元素
`boolean contains(Object o)`	判断元素 o 是否在集合中
`Iterator<E> iterator()`	返回迭代器，用于遍历集合
`boolean remove(Object o)`	删除集合中的元素 o，删除成功返回 true
`int size()`	返回 Set 中元素的个数
`boolean isEmpty()`	检测 Set 是否为空，空返回 true，否则返回 false
`Object[] toArray()`	将 Set 中的元素转换为数组返回
`boolean containsAll(Collection<?> c)`	判断集合 c 中的元素是否在 Set 中全部存在
`boolean addAll(Collection<? extends E> c)`	将集合 c 中的元素添加到 Set 中，可以达到去重的效果

特性	HashSet	TreeSet
底层结构	HashMap（只用 key，value 为固定常量）	TreeMap（只用 key）
时间复杂度	O(1)	O(log n)
元素顺序	无序	有序（自然顺序或比较器）
null 支持	允许一个 null 元素	不允许 null（会抛 NullPointerException）
比较要求	需重写 hashCode() 和 equals()	元素必须实现 Comparable 或传入 Comparator