Java集合---Map
来源:互联网 发布:12306 app 网络有问题 编辑:程序博客网 时间:2024/05/29 12:31
Map接口
- 将键映射到值的对象,一个映射不能包含重复的键;每个键最多只能映射到一个值。
- Map 接口提供三种 collection 视图,允许以键集、值集或键-值映射关系集的形式查看某个映射的内容。
- 映射顺序定义为迭代器在映射的 collection 视图上返回其元素的顺序。某些 Map 实现可明确保证其顺序,如 TreeMap 类;另一些Map实现则不保证顺序,如 HashMap 类。
- 某些Map实现对可能包含的键和值有所限制。例如,某些实现禁止 null 键和值,另一些则对其键的类型有限制。
AbstractMap 抽象类
实现了Map中的绝大部分函数接口。它减少了“Map的实现类”的重复编码。
具体实现类
HashMap
类声明如下
public class HashMap<K,V> extends AbstractMap<K,V> implements Map<K,V>, Cloneable, Serializable
HashMap 也是我们使用非常多的容器,它是基于哈希表的 Map 接口的实现,以key-value的形式存在。
在介绍构造函数之前,先介绍几个简单的概念
- 散列(Hash)表:是根据关键字而直接进行访问的数据结构,也就说,散列表建立了关键字和存储地址之间的映射关系。从散列表的结构特性上可以看出,特别适合用来实现 Map 接口。
- 散列函数 Hash(key) = Address , 即可以通过 key 来定位到元素的存储位置。
- 冲突,任何三散列函数都不可能绝对避免冲突,冲突指 Hash(key1) = Hash(key2)这种情况,即多个 key 通过散列函数被映射到同一个位置,key1 key2 称作同义词。
- 拉链法,把所有的同义词存储在一个线性链表中,这个线性链表有散列地址(Hash(key) )唯一标示。HaspMap就是通过散列表这种数据结构进行实现,利用拉链法解决冲突的。
- 负载因子,(负载因子=表中的记录数/散列表的长度),负载因子越大,散列表越满,发生冲突的几率越大。HashMap 默认的负载因子为 0.75 ,HashMap 添加键值对时会不断计算当前的负载因子,一旦负载因子大于 0.75 那么必须对散列表进行扩容。重新 Hash 每一个元素,是一件非常费时的操作,所以在创建 HashMap 时指定合适的容量是一个不错的选择。
上面简单介绍了 HashMap 所涉及的几个概念,后面会详细介绍 HashMap 是怎样使用和实现这些概念的。
HashMap 的成员属性
static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 16;static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;transient Entry[] table;transient int size;int threshold;final float loadFactor;transient volatile int modCount;
DEFAULT_INITIAL_CAPACITY :默认 HashMap 容器的容量
MAXIMUM_CAPACITY : HashMap 容器最大容量
DEFAULT_LOAD_FACTOR : HashMap 默认的负载因子
size: 容器中有效元素的个数
threshold:容器中成员属性 table 数组的长度与 loadFactor 的乘积,即容器需要扩容的界限。
loadFactor:负载因子
Entry[] table:table 是HashMap中比较关键的一个成员属性,先看一下数组的类型 Entry
static class Entry<K, V> implements Map.Entry<K, V> { final K key; V value; Entry<K, V> next; final int hash; Entry(int h, K k, V v, Entry<K, V> n) { value = v; next = n; key = k; hash = h; } public final K getKey() { return key; } public final V getValue() { return value; } public final V setValue(V newValue) { V oldValue = value; value = newValue; return oldValue; } public final boolean equals(Object o) { if (!(o instanceof Map.Entry)) return false; Map.Entry e = (Map.Entry) o; Object k1 = getKey(); Object k2 = e.getKey(); if (k1 == k2 || (k1 != null && k1.equals(k2))) { Object v1 = getValue(); Object v2 = e.getValue(); if (v1 == v2 || (v1 != null && v1.equals(v2))) return true; } return false; } public final int hashCode() { return (key == null ? 0 : key.hashCode()) ^ (value == null ? 0 : value.hashCode()); } public final String toString() { return getKey() + "=" + getValue(); } void recordAccess(HashMap<K, V> m) { } void recordRemoval(HashMap<K, V> m) { }}
Entry 类保存键值对的 key 值,value 值,key 的 hashcode 值和下一个 Entry 的引用。这就是上面所说的拉链法就是通过 table 属性和 Entry 类实现的。HashMap 在添加一个键值对 entry1 = < key1 , value1 >的时候,首先计算 key1 hash 值。假设 hash(key1)= 2,那么设置 table[2] = value1 。接下来添加键值对 entry2 =< key2 , value2 >的时候,假设 hash(key1)= 2,那么此时就产生冲突了,所以需要用拉链法解决,即 entry1.next = entry2 。
HashMap 的构造方法
Constructor 1public HashMap() { this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR; threshold = (int)(DEFAULT_INITIAL_CAPACITY * DEFAULT_LOAD_FACTOR); table = new Entry[DEFAULT_INITIAL_CAPACITY]; init();}
Constructor 1:
设定 hashMap 的容负载因子为 0.75
设定 hashMap.threshold 当前允许添加元素的个数
初始化长度 16 的数组 table ,但是这个长度值跟容器 size 不是一回事,与 threshold 也不是一回事。
Constructor 2public HashMap(int initialCapacity) { this(initialCapacity, DEFAULT_LOAD_FACTOR);}
Constructor 2
直接调用 Constructor 3
Constructor 3public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) { if (initialCapacity < 0) throw new IllegalArgumentException("Illegal initial capacity: " + initialCapacity); if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY) initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY; if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor)) throw new IllegalArgumentException("Illegal load factor: " + loadFactor); int capacity = 1; while (capacity < initialCapacity) capacity <<= 1; this.loadFactor = loadFactor; threshold = (int)(capacity * loadFactor); table = new Entry[capacity]; init();}
跟 Constructor 1 差不多,只有一个地方需要注意
while (capacity < initialCapacity) capacity <<= 1;
HashMap 默认的初始化长度为 16 = 2^4 ,在指定长度的时候,HashMap 仍然会选择一个 2 的整数倍的值。这样做的目的是为了后面进行 hashcode 计算。
Constructor 4public HashMap(Map<? extends K, ? extends V> m) { this(Math.max((int) (m.size() / DEFAULT_LOAD_FACTOR) + 1, DEFAULT_INITIAL_CAPACITY), DEFAULT_LOAD_FACTOR); putAllForCreate(m);}
调用 Constructor 3
接下来看一下 HashMap 类元素增加、删除、访问和迭代实现的具体细节
1 添加元素
public V put(K key, V value) { if (key == null) return putForNullKey(value); int hash = hash(key.hashCode()); int i = indexFor(hash, table.length); 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; }
首先观察到 HashMap 是允许 key=null 元素(此处所指的元素均代表 Entry 对象)加入的,通过 putForNullKey 方法添加。
private V putForNullKey(V value) { for (Entry<K,V> e = table[0]; e != null; e = e.next) { if (e.key == null) { V oldValue = e.value; e.value = value; e.recordAccess(this); return oldValue; } } modCount++; addEntry(0, null, value, 0); return null;}
默认将 null 元素方法在 table[0] 处,或则 table[0] 连接的链表中。如果应经存在 key == null 的元素,那么覆盖原来的元素 value 值。否则新增一个元素。
void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) { Entry<K,V> e = table[bucketIndex]; table[bucketIndex] = new Entry<K,V>(hash, key, value, e); if (size++ >= threshold) resize(2 * table.length);}
新建一个 Entry 对象,并复制给 table[0],然后判断 HashMap 中有效元素数量是否已将达到上限,若达到,马上进行扩展,扩展的过程会在后面讲述。
接着往下将 put 方法中的其他内容
int hash = hash(key.hashCode());static int hash(int h) { h ^= (h >>> 20) ^ (h >>> 12); return h ^ (h >>> 7) ^ (h >>> 4);}
hash 方法可以进一步修正 key 的 hashcode 值,降低冲突的发生几率,但是函数背后的数学意义我不清楚,待以后慢慢修正,下一步需要根据修正后的 hash 去确定该元素的准确位置,即 Hash(key) == Address的过程,具体方法如下:
static int indexFor(int h, int length) { return h & (length-1);}
HashMap 的底层数组长度总是 2 的 n 次方,在构造函数中存在:capacity <<= 1;这样做总是能够保证HashMap 的底层数组长度为 2 的 n 次方。当 length 为 2 的 n 次方时,h&(length – 1) 就相当于对 length取模,而且速度比直接取模快得多,这是 HashMap 在速度上的一个优化。至于为什么是2的n次方下面解释。
h&(length – 1),这句话除了上面的取模运算外还有一个非常重要的责任:均匀分布table数据和充分利用空间。这里我们假设length为 16(2^n) 和 15 ,h 为 5、6、7。
当n=15时,6和7的结果一样,这样表示他们在table存储的位置是相同的,也就是产生了碰撞,6、7就会在一个位置形成链表,这样就会导致查询速度降低。诚然这里只分析三个数字不是很多,那么我们就看0-15。
从上面的图表中我们看到总共发生了8此碰撞,同时发现浪费的空间非常大,有1、3、5、7、9、11、13、15处没有记录,也就是没有存放数据。这是因为他们在与14进行&运算时,得到的结果最后一位永远都是0,即0001、0011、0101、0111、1001、1011、1101、1111位置处是不可能存储数据的,空间减少,进一步增加碰撞几率,这样就会导致查询速度慢。而当length = 16时,length – 1 = 15 即1111,那么进行低位&运算时,值总是与原来hash值相同,而进行高位运算时,其值等于其低位值。所以说当length = 2^n时,不同的hash值发生碰撞的概率比较小,这样就会使得数据在table数组中分布较均匀,查询速度也较快。
接下来就是加入元素的逻辑了
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; }}
我们这里假设 value = m,key = III,i = 2,目前 HashMap 容器的存储情况如下:
Jdk 对于一个对象的 equals 和 hashcode 方法有如下的规定:
如两个对象 equals 方法返回 true,那么这两个对象的 hashcode 方法必须返回相同的值,若 equlas 方法返回 false,那么这两个对象的 hascode 方法可以返回相同值,也可以返回不同的值。也就说,若两个对象的 hashcode 方法返回不同的值,那么两个对象肯定是不 equals的,如果两个对象的 hashcode 方法返回的值相同,也不能确定这两个对象是 equals的
从 table[2] 对象开始循环遍历整个链表,若 hashcode 值一样,那么还不能确定两个 key 是相等的,继续 (k = e.key) == key || key.equals(k)) 判定。也许会有人有疑问,为什么这么费事,直接比较 equals 方法不就好吗?为什么还要先进行 hashcode 的比较呢?
有些时候某些类的 equals 方法比较复杂,需要耗费很长时间计算,而如果两个对象的 hashcode 值不同,就可以直接判定两个对象不 equals ,无需后续的 equals判定了。
按照上述的假设和规定,在 table[2] 处没有找到相同的 key(若找到直接覆盖原来的 vlaue),继续执行以下代码。
modCount++;addEntry(hash, key, value, i);return null;
void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) { Entry<K,V> e = table[bucketIndex]; table[bucketIndex] = new Entry<K,V>(hash, key, value, e); if (size++ >= threshold) resize(2 * table.length);}
加入新元素后, HashMap 当前的存储情况如下:
加入元素时,牵扯到一个扩容的问题,而且 HashMap 的扩容是一个非常费时的操作,因为扩容的目标是增加容器数组的长度,table.length 变化时,需要重新计算每一个元素的 hascode,从新定位元素在容器中的位置,resize 方法定义如下
void resize(int newCapacity) { Entry[] oldTable = table; int oldCapacity = oldTable.length; if (oldCapacity == MAXIMUM_CAPACITY) { threshold = Integer.MAX_VALUE; return; } Entry[] newTable = new Entry[newCapacity]; transfer(newTable); table = newTable; threshold = (int)(newCapacity * loadFactor); }
HashMap 允许加入 key = null 的键值对
HashMap 未对加入的元素进行排序
HashMap 未提供线程同步机制
2 删除元素
public V remove(Object key) { Entry<K,V> e = removeEntryForKey(key); return (e == null ? null : e.value);}final Entry<K,V> removeEntryForKey(Object key) { int hash = (key == null) ? 0 : hash(key.hashCode()); 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; }
删除元素与加入元素的逻辑基本一致,计算 key 的 hash 值,从 table[hash]开始检索,检索到 kye,删除 HashMap 中相应的元素。
3 访问元素
public V get(Object key) { if (key == null) return getForNullKey(); int hash = hash(key.hashCode()); 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.equals(k))) return e.value; } return null;}
get 访问元素代码基本上都在前面出现过,这里就不在描述了。
4 迭代遍历
HashMap 提拱了三种 Collection 视图,允许以键集、值集或键-值集的形式查看 HashMap 的内容。分被对应以下方法和成员属性
- 键-值集
private transient Set<Map.Entry<K,V>> entrySet = null;public Set<Map.Entry<K,V>> entrySet() { return entrySet0();}
- 值集
transient volatile Collection<V> values = null;public Collection<V> values() { Collection<V> vs = values; return (vs != null ? vs : (values = new Values()));}
- 键集
transient volatile Set<K> keySet = null;public Set<K> keySet() { Set<K> ks = keySet; return (ks != null ? ks : (keySet = new KeySet()));}
首先从键-值集开始介绍
public Set<Map.Entry<K,V>> entrySet() { return entrySet0();}private Set<Map.Entry<K,V>> entrySet0() { Set<Map.Entry<K,V>> es = entrySet; return es != null ? es : (entrySet = new EntrySet());}private final class EntrySet extends AbstractSet<Map.Entry<K,V>> { public Iterator<Map.Entry<K,V>> iterator() { return newEntryIterator(); } public boolean contains(Object o) { if (!(o instanceof Map.Entry)) return false; Map.Entry<K,V> e = (Map.Entry<K,V>) o; Entry<K,V> candidate = getEntry(e.getKey()); return candidate != null && candidate.equals(e); } public boolean remove(Object o) { return removeMapping(o) != null; } public int size() { return size; } public void clear() { HashMap.this.clear(); }}
最终返回 EntrySet 类型的 Set 容器,那么我们看一下其中的 iterator 方法
public Iterator<Map.Entry<K,V>> iterator() { return newEntryIterator();}Iterator<Map.Entry<K,V>> newEntryIterator() { return new EntryIterator();}private final class EntryIterator extends HashIterator<Map.Entry<K,V>> { public Map.Entry<K,V> next() { return nextEntry(); }}private abstract class HashIterator<E> implements Iterator<E> { Entry<K,V> next; // next entry to return int expectedModCount; // For fast-fail int index; // current slot Entry<K,V> current; // current entry HashIterator() { expectedModCount = modCount; if (size > 0) { // advance to first entry Entry[] t = table; while (index < t.length && (next = t[index++]) == null) ; } } public final boolean hasNext() { return next != null; } final Entry<K,V> nextEntry() { if (modCount != expectedModCount) throw new ConcurrentModificationException(); Entry<K,V> e = next; if (e == null) throw new NoSuchElementException(); if ((next = e.next) == null) { Entry[] t = table; while (index < t.length && (next = t[index++]) == null) ; } current = e; return e; } public void remove() { if (current == null) throw new IllegalStateException(); if (modCount != expectedModCount) throw new ConcurrentModificationException(); Object k = current.key; current = null; HashMap.this.removeEntryForKey(k); expectedModCount = modCount; }}
HashIterator 类的构造方法中,遍历 table 数组,寻找到第一个 table[index] != null 的位置。成员变量 next 指向此位置。 next()方法返回一个 Map.Entry类型的对象。下面用图片的形式展现 键-值 集的迭代过程。
测试用例代码如下:
public static void main(String[] args) throws InterruptedException { HashMap<Integer,Character> hs = new HashMap<Integer,Character>(); hs.put(9, 'i'); hs.put(8, 'h'); hs.put(7, 'g'); hs.put(6, 'f'); hs.put(5, 'e'); hs.put(4, 'd'); hs.put(3, 'c'); hs.put(2, 'b'); hs.put(1, 'a'); hs.put(null, '0'); Set<Entry<Integer, Character>> sets = hs.entrySet(); for(Entry<Integer, Character> entry : hs.entrySet()){ System.out.println(entry.getValue()); } }
输出结果为
0
a
b
c
d
e
f
g
h
i
下面的截图是断点查看 table 数组中的 Entry
关于其他两种视图,这里就不在一一描述。
HashMap 总结
- HashMap 没有提供同步机制
- HashMap 底层是通过散列表实现的,利用拉链法解决冲突
- HashMap 允许 key = null 的元素加入
- HashMap 允许 vlaue = null 的元素加入
- HashMap 加入元素时没有进行排序
- HashMap 提供了三种 Collection 类型的视图
- HashMap 继承自 AbstractMap
Hashtable
Hashtable类声明如下
public class Hashtable<K,V> extends Dictionary<K,V> implements Map<K,V>, Cloneable, java.io.Serializable
可以看出 Hashtable 继承 Dictionary 类,实现 Map 接口。其中 Dictionary 类是任何可将键映射到相应值的类的抽象父类。
Hashtable 构造函数
Constructor 1public Hashtable() { this(11, 0.75f);}
Constructor 2public Hashtable(int initialCapacity) { this(initialCapacity, 0.75f);}
Constructor 3public Hashtable(int initialCapacity, float loadFactor) { if (initialCapacity < 0) throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+ initialCapacity); if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor)) throw new IllegalArgumentException("Illegal Load: "+loadFactor); if (initialCapacity==0) initialCapacity = 1; this.loadFactor = loadFactor; table = new Entry[initialCapacity]; threshold = (int)(initialCapacity * loadFactor);}
Constructor 4 public Hashtable(Map<? extends K, ? extends V> t) { this(Math.max(2*t.size(), 11), 0.75f); putAll(t);}
四个构造方法与 HashMap 基本一致,不再赘述
1 Hashtable 底层也是散列表结构,利用拉链法解决冲突
下面看一下 Hashtable 的增加、删除、访问和迭代方法
1 增加元素
public synchronized V put(K key, V value) { // Make sure the value is not null if (value == null) { throw new NullPointerException(); } // Makes sure the key is not already in the hashtable. Entry tab[] = table; int hash = key.hashCode(); int index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length; for (Entry<K, V> e = tab[index]; e != null; e = e.next) { if ((e.hash == hash) && e.key.equals(key)) { V old = e.value; e.value = value; return old; } } modCount++; if (count >= threshold) { // Rehash the table if the threshold is exceeded rehash(); tab = table; index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length; } // Creates the new entry. Entry<K, V> e = tab[index]; tab[index] = new Entry<K, V>(hash, key, value, e); count++; return null;}
put 方法与 HashMap 中的 put 方法逻辑基本一致,但是有以下个不同的地方:
if (value == null) { throw new NullPointerException();}
Hashtable 不允许 value=null
Hashtavle 不允许 key = null ,调用 key.hashCode() 方法会出现空指针异常
Hashtavle 提供了同步机制
2 删除元素
public synchronized V remove(Object key) { Entry tab[] = table; int hash = key.hashCode(); int index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length; for (Entry<K, V> e = tab[index], prev = null; e != null; prev = e, e = e.next) { if ((e.hash == hash) && e.key.equals(key)) { modCount++; if (prev != null) { prev.next = e.next; } else { tab[index] = e.next; } count--; V oldValue = e.value; e.value = null; return oldValue; } } return null;}
remove 操作没有特别之处,不再赘述。
3 访问元素
public synchronized V get(Object key) { Entry tab[] = table; int hash = key.hashCode(); int index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length; for (Entry<K, V> e = tab[index]; e != null; e = e.next) { if ((e.hash == hash) && e.key.equals(key)) { return e.value; } } return null;}
int hash = key.hashCode(),从这里也可以看出,Hashtable 是不允许 key = null 的元素加入的。
4 迭代容器
Hashtable 同样提供了三个 Collection 视图
private transient volatile Set<K> keySet = null;private transient volatile Set<Map.Entry<K,V>> entrySet = null;private transient volatile Collection<V> values = null;
获取视图的方法
public Set<K> keySet() { if (keySet == null) keySet = Collections.synchronizedSet(new KeySet(), this); return keySet;}public Set<Map.Entry<K,V>> entrySet() { if (entrySet==null) entrySet = Collections.synchronizedSet(new EntrySet(), this); return entrySet;} public Collection<V> values() { if (values==null) values = Collections.synchronizedCollection(new ValueCollection(),this); return values;}
下面以 keySet 为例进行介绍
public Set<K> keySet() { if (keySet == null) keySet = Collections.synchronizedSet(new KeySet(), this); return keySet;}
Collections.synchronizedSet 方法可以把 Set 包装成一个线程安全的 Set ,接下来看一下 KeySet 类的定义
private class KeySet extends AbstractSet<K> { public Iterator<K> iterator() { return getIterator(KEYS); } public int size() { return count; } public boolean contains(Object o) { return containsKey(o); } public boolean remove(Object o) { return Hashtable.this.remove(o) != null; } public void clear() { Hashtable.this.clear(); }}
键集 返回一个 Hashtable.KeySet 类型的集合,接下来看一下该集合的 iterator 方法
public Iterator<K> iterator() { return getIterator(KEYS);}private <T> Iterator<T> getIterator(int type) { if (count == 0) { return (Iterator<T>) emptyIterator; } else { return new Enumerator<T>(type, true); }}
如果 Hashtable 容器没有有效元素则返回一个 EmptyEnumerator 类型的迭代器,如不为空则返回一个 Enumerator 类型的迭代器,下面我们看一下 Enumerator 迭代器的类型声明
private class Enumerator<T> implements Enumeration<T>, Iterator<T>
实现了 Iterator 和 Enumeration 接口,那么可以有两种方式来迭代遍历键集,如下所示
public static void main(String[] args) throws InterruptedException { Hashtable<Integer,Character> ht = new Hashtable<Integer,Character>(); ht.put(1, 'a'); Collection<Integer> keys = ht.keySet(); Iterator<Integer> iterator = keys.iterator(); while(iterator.hasNext()){ System.out.println(iterator.next()); } Enumeration<Integer> enumerator = (Enumeration<Integer>) keys.iterator(); while(enumerator.hasMoreElements()){ System.out.println(enumerator.nextElement()); } }
Hashtable有两种迭代方式
Hashtable 总结
- Hashtable 提供同步机制
- Hashtable 不允许 key = null
- Hashtable 不允许 value = null
- Hashtable 底层由散列表数据结构实现,利用拉链法解决冲突问题
- Hashtable 元素插入的时候没有进行排序
- Hashtable 提供三种 Colletion 类型的视图
TreeMap
- 底层基于红黑树算法实现的
- TreeMap 可以根据元素键的自然顺序进行排序,或者根据创建映射时提供的 Comparator 进行排序。
- 实现 NavigableMap 接口,提供一系列的导航方法,具备针对给定搜索目标返回最接近匹配项的导航方法 。方法 lowerEntry、floorEntry、ceilingEntry 和 higherEntry 分别返回与小于、小于等于、大于等于、大于给定键的键关联的 Map.Entry 对象,如果不存在这样的键,则返回 null。
TreeMap 类声明
public class TreeMap<K,V> extends AbstractMap<K,V> implements NavigableMap<K,V>, Cloneable, java.io.Serializable
TreeMap 构造函数
Constructor 1
public TreeMap() { comparator = null;}
Constructor 2
public TreeMap(Comparator<? super K> comparator) { this.comparator = comparator;}
Constructor 2
public TreeMap(Comparator<? super K> comparator) { this.comparator = comparator;}
Constructor 3
public TreeMap(SortedMap<K, ? extends V> m) { comparator = m.comparator(); try { buildFromSorted(m.size(), m.entrySet().iterator(), null, null); } catch (java.io.IOException cannotHappen) { } catch (ClassNotFoundException cannotHappen) {}
Constructor 4
public TreeMap(Map<? extends K, ? extends V> m) { comparator = null; putAll(m);}
TreeMap 成员属性
private transient int size = 0;private transient int modCount = 0;private final Comparator<? super K> comparator;private transient Entry<K,V> root = null;
size : 记录 TreeMap 中的有效元素
modCount :记录 TreeMap 被结构化修改的次数
Comparator : 记录 TreeMap 比较器,通过 Comparator.compare(key1,key2) 对元素进行排序
Entry : TreeMap 底层红黑树节点的类型,即 TreeMap 元素的类型
static final class Entry<K,V> implements Map.Entry<K,V> { K key; V value; Entry<K,V> left = null; Entry<K,V> right = null; Entry<K,V> parent; boolean color = BLACK; Entry(K key, V value, Entry<K,V> parent) { this.key = key; this.value = value; this.parent = parent; }}
接下来看一下 TreeMap 的 增加、删除、访问和迭代操作
1 增加元素
public V put(K key, V value) { Entry<K, V> t = root; if (t == null) { root = new Entry<K, V>(key, value, null); size = 1; modCount++; return null; } int cmp; Entry<K, V> parent; // split comparator and comparable paths Comparator<? super K> cpr = comparator; if (cpr != null) { do { parent = t; cmp = cpr.compare(key, t.key); if (cmp < 0) t = t.left; else if (cmp > 0) t = t.right; else return t.setValue(value); } while (t != null); } else { if (key == null) throw new NullPointerException(); Comparable<? super K> k = (Comparable<? super K>) key; do { parent = t; cmp = k.compareTo(t.key); if (cmp < 0) t = t.left; else if (cmp > 0) t = t.right; else return t.setValue(value); } while (t != null); } Entry<K, V> e = new Entry<K, V>(key, value, parent); if (cmp < 0) parent.left = e; else parent.right = e; fixAfterInsertion(e); size++; modCount++; return null;}
在 TreeMap 的 put() 的实现方法中主要分为两个步骤
第一,对于排序二叉树的创建,其添加节点的过程如下:
1. 以根节点为初始节点进行检索
2. 与当前节点进行比对,若新增节点值较大,则以当前节点的右子节点作为新的当前节点。否则以当前节点的左子节点作为新的当前节点
3. 循环递归2步骤知道检索出合适的叶子节点为止
4. 将新增节点与3步骤中找到的节点进行比对,如果新增节点较大,则添加为右子节点;否则添加为左子节点
5. 按照这个步骤我们就可以构建出一颗搜索二叉树
第二,优化搜索二叉树,构架一棵平衡二叉树
fixAfterInsertion 方法对搜索二叉树进行优化,优化的过程会涉及到红黑树的左旋、右旋、着色三个基本操作。(具体算法我不清楚,后续更正)
TreeMap 提供了两种对元素 key 排序方法
- 通过在构造 TreeMap 时传入指定的 Comparator 对象,调用Comparator.compare(key1,key2)方法进行比较。
- Key 必须继承 Comparable 接口,实现 compareTo 方法,调用 key1.compareTo(key2)方法进行比较。
1 TreeMap 与 HashMap 、Hashtable 不同的是,TreeMap 使用 compareTo 或者 compare 方法完成 key 的唯一性检验,而后两者通过 equals 和 hashcode 方法
下面的测试用例中,compareTo 方法与 hashcode 、equlas方法规则不同,导致 hm 容器中只有一个元素,输出结果为 1 2 3 4 5 5
public class NoName { public static void main(String[] args) throws InterruptedException { TreeMap<A,String> tm = new TreeMap<A,String>(); tm.put(new A(), "1"); tm.put(new A(), "2"); tm.put(new A(), "3"); tm.put(new A(), "4"); tm.put(new A(), "5"); Set<Map.Entry<A,String>> entries = tm.entrySet(); for(Map.Entry entry : entries){ System.out.println(entry.getValue()); } HashMap<A,String> hm = new HashMap<A,String>(tm); Set<Map.Entry<A,String>> entries_1 = hm.entrySet(); for(Map.Entry entry : entries_1){ System.out.println(entry.getValue()); } } private static final class A implements Comparable{ public int compareTo(Object o) { return 1; } public int hashCode() { return 0; } public boolean equals(Object obj) { return true; } }}
2 TreeMap 没有提供同步机制
3 TreeMap 通过 Comparable 形式排序时,不允许 key = null ,因为调用 compareTo 方法会抛出异常
*4 TreeMap 通过 Comparator 形式排序时,是否允许 key = null ,取决于你指定的 Comparator 对象的 compare 方法的具体实现。
2 删除元素
public V remove(Object key) { Entry<K,V> p = getEntry(key); if (p == null) return null; V oldValue = p.value; deleteEntry(p); return oldValue;}
3 访问元素
public V get(Object key) { Entry<K,V> p = getEntry(key); return (p==null ? null : p.value);}
4 迭代元素
TreeMap 提供了三种 Collection 视图,分别是键集、值集合键_值集,不同的是,这些集合都按照一定规则进行了排序
TreeMap 总结
- 底层由红黑树实现
- 未提供同步机制
- 加入元素时进行了排序,通过 Comparator 或者 Comparable
- 使用 Comparator 或者 Comparable 来确定 key 是否重复,不再使用 hashcode 和 equals 方法。
- 允许 value = null
- 使用 Comparable 比较方式时,不允许 key = null,但是使用 Comparator 方式时,是否允许 key = null,取决于 Comparator.compare()方法的实现方式
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