Java 8增强的Map集合

一、Map集合

Map用于保存具有映射关系的数据，因此Map集合里保存着两组值，一组值用于保存Map的key，另外一组值用于保存Map里的value，key和value都可以是任何引用类型的数据。Map的key不允许重复，即同一个Map对象的任何两个key通过equals方法比较总是返回false。

key和value之间存在单向一对一关系，即通过指定的key，总能找到唯一的、确定的value。从Map中取出数据时，总能找到唯一的、确定的value。从Map中取出数据时，只要给出指定的key，就可以取出对于的value。

如果把Map里所有key放在一起看，他们就组成了一个Set集合（所有的key没有顺序），可以与key之间不能重复，实际上Map确实包含了一个keySet()方法，用于返回Map里所有key组成的Set集合。

Map中定义了如下常用的的方法。
void clear()
boolean containsKey(Object key)
boolean containsValue(Object value)
Set entrySet()
Object get(Object key)
boolean isEmpty()
Set keySet()
Map提供了大量的实现类，典型实现如HashSet和Hashtable等、HashMap的子类LinkedHashMap，还有SortedMap子接口及该接口的实现类TreeMap，以及WeakHashMap、IdentityHashMap等。

**Map中包括了一个内部类Entry，该类封装了一个key-value对。**Entry还包含如下三个方法。
①Object getKey()：返回Entry里包含的key值

②Object getValue()：返回该Entry里包含的value值

③Object setValue(V value)设置该Entry里包含的value值，并返回新设置的value值。

Map集合最典型的用法就是成对地添加、删除key-value对，接下来即可判断该Map中是否包含指定key，是否包含指定value，也可以通过Map提供的keySet()方法获取所有key组成的集合，进而遍历Map中所有的key-value对。

下面程序示范了Map的基本功能。

public class MapTest {    public static void main(String[] args) {        Map map = new HashMap();        //成对放入多个key-value对        map.put("张三", 90);        map.put("李四", 80);        map.put("王五", 20);        //对此放入key-value对value可重复        map.put("小二", 90);        //放入重复的key-value对，新的value会覆盖原有的value        //如果新的value覆盖了原有的value，该方法将会被返回被覆盖的value        System.out.println(map.put("李四", 59));//输出80        System.out.println(map);//输出包含4个key-value对        //判断是否包含指定key        System.out.println("是否包含值为  张三 这个key?" + map.containsKey("张三"));//输出true        //获取Map集合所有key组成的集合，通过遍历key来实现遍历所有的key-value对        for(Object key : map.keySet())        {            System.out.println(key + "-->" + map.get(key));        }        map.remove("张三");//根据key来删除key-value对        System.out.println(map);    }}

二、HashMap和Hashtable实现类

HashMap和HashTable都是Map接口的典型实现类，它们之间的关系类似于ArrayList和Vector的关系，HashTable是一个古老的Map实现类，他从JDK1.0开始就出现了，当他出现时，Java还没有提供Map接口，所以它包含了两个繁琐的方法，即elements()（类似于Map接口定义的values()方法和keys()类似于Map接口的keySet()方法）。

Java 8 改进了HashMap的实现，使用HashMao存在key冲突时具有更好的性能。

除此之外，Hashtable和HashMap存在两点典型区别：

• Hashtable是一个线程安全的Map实现，但HashMap是线程不安全的实现，所以HashMap比Hashtable的性能高一点，但如果多个线程访问同一个Map对象，Hashtable实现类会更好
• Hashtable不允许使用null作为key和value，如果试图把null值放进Hashtable中，将会引发NullPointerException，但HashMap可使用null作为key或value。

由于HashMap的key不能重复，所以HashMap里最多只有一个key-value对的key为null，但可以有无数多个key-value对的value为null。

注意：
Hashtable的类名从类名上就可以看出它是一个古老的类，它的命名甚至没有遵守Java的命名规范：每个单词的首字母都应该大写。后来大量Java程序中使用了Hashtable类，所以这个类名也就不能改为HashTable了，否则将导致大量的程序需要改写。

为了成功地在HashMap、Hashtable中存储，用做key的对象必须实现hashCode()方法和equals()方法。

与HashSet集合不能保证元素的顺序一样，HashMap、Hashtable也不能保证其中key-value对的顺序，类似于HashSet、HashMap、Hashtable判断两个key相等的标准也是：两个key通过equals()方法返回true，两个key的hashCode值也相等。

除此之外，HashMap、Hashtable中还包含一个containsValue()方法，用于判断是否包含指定的value。那么HashMap、Hashtable如何判断两个value相等呢？HashMap、Hashtable判断两个value相等的标准更简单：只要两个对象通过equals()方法比较返回true即可。

import java.util.Hashtable;class A{    int count;    public A(int count)    {        this.count = count;    }    //根据count的值来判断两个对象是否相等    public boolean equals(Object obj)    {        if(obj == this)            return true;        if(obj != null && obj.getClass() == A.class)        {            A a = (A)obj;            return this.count == a.count;        }        return false;    }    //根据还有count值计算hashCode值    public int hashCode()    {        return this.count;    }}class B{    //重写equals()方法，B对象与任何对象通过equals()方法比较都返回true    public boolean equals(Object obj)    {        return true;    }}public class HashtableTest {    public static void main(String[] args) {        Hashtable ht = new Hashtable();        ht.put(new A(6000), "Java");        ht.put(new A(875663), "C");        ht.put(new A(1232), new B());        System.out.println(ht);        //只要两个对象通过equals()方法比较返回true        //Hashtable就认为它们系相等的value        //由于Hashtable中有一个B对象        //它与任何对象通过equals()方法比较都相等，所以下面输出true        System.out.println(ht.containsValue("测试字符串"));//输出true        //只要两个A对象的count相等,它们通过equals()方法返回true，且hashCode值相等        //HashCodetable即认为它们相同的key，所以下面输出true        System.out.println(ht.containsValue(new A(87563)));        //下面语句可以删除最后一个key-value队        ht.remove(new A(1232));//③        System.out.println(ht);    }}

上面程序定义A类和B类，其中A类判断两个A对象相等的标准是count实例变量：只要两个A对象的count变量，则通过equals()方法比较它们返回true，它们的hashCode值也相等；而B对象则可以与任何对象相等。

Hashtable判断value相等的标准是：value与另外一个对象通过equals()方法比较返回true即可。上面程序中的ht对象中包含了一个B对象，它与任何对象通过equals()方法比较总是返回true，所以在①代码处返回true即可。上面程序中的ht对象中包含了一个B对象，它与任何对象通过equals()方法总是返回true，所以在①处代码处返回true。在这种情况下，无论传给ht对象的containsValue()方法参数是什么，程序总是返回true。

注意：当使用自定义类作为HashMap、Hashtable的key时，如果重写该类的equals(Object obj)和hashCode()方法，则应该保证两个方法的判断标准一致——当一个key通过equals()方法比较返回true时，两个key的hashCode()返回值也应该相同。

与HashSet类似的时，如果使用可变对象作为HashMap、Hashtable的key，并且程序修改了作为key的可变对象，则也可能出现与HashSet类似的情况，程序再也无法准确访问到Map中被修改过的key。

三、LinkedHashMap实现类

HashSet有一个LinkedHashSet子类，HashMap也有一个LinkedHash子类：LinkedHashMap也使用双向链表来维护key-value对的次序（其实只考虑key的次序），改链表负责维护Map的迭代顺序，迭代顺序与key-value对的插入顺序保持一致。

LinkedHashMap可以避免对HashMap、Hashtable的key-value对进行排序（只要插入key-value对时保持顺序即可），同事也可避免使用TreeMap所增加的成本。

LinkedHashMap需要维护元素的插入顺序，因此性能略低于HashMap的性能；但因为它以链表来维护内部顺序，所以在迭代访问Map里的全部元素时将有较好的性能。下面程序示范了LinkedHashMap的功能：迭代输出LinkedHashMap的元素时，将会按添加key-value对的顺序保持一致。

import java.util.LinkedHashMap;public class LinkedHashMapTest{    public static void main(String[] args) {        LinkedHashMap scores = new LinkedHashMap();        scores.put("语文",80);        scores.put("数学",82);        scores.put("英文",76);        scores.forEach((key,value) -> System.out.println(key + "-->" + value));    }}

上面最后一行使用了Java为Map新增的forEach()方法来遍历Map集合。

四、使用Properties读取属性文件

Properties类是Hashtable类的子类，正如它的名字所暗示的，该对象在处理属性文件时特别方便（Windows操作平台上的ini文件就是一种属性文件）。Properties类可以把Map对象和属性文件关联起来，从而可以把Map对象中的key-value对写入属性文件中，也可以把属性文件中“属性名=属性值”加载到Map对象中。由于属性文件里的属性名、属性值只能是字符串类型，所以Properties里的key、value都是字符串类型。该类提供了如下三个方法来修改Properties里的key、value值。

提示：
Properties相当于一个key、value都是String类型的Map。

①String getProperty(String key)：获取Properties中指定属性名对应的属性值，类似于Map的get(Object obj)方法。

②String getProperty(String key,String defaultValue)：该方法与前一个方法基本相似。该方法多一个功能，如果Properties中不存在指定的key时，则该方法指定默认值。

③Object setProperties(String key,String value)：设置属性值，类似于Hashtable的put()方法。

④void load(InputStream inStream)：从属性文件(输入流)中加载key-value对，吧加载的key-value对追加到Properties里（Properties树Hashtable的子类，它不保证key-value对之间的次序）。

⑤void store(OutputStream out , String comments)：将Properties中的key-value对输出到指定的属性文件（以输出流表示）中。

import java.io.FileInputStream;import java.io.FileNotFoundException;import java.io.FileOutputStream;import java.io.IOException;import java.util.Properties;public class PropertiesTest {    public static void main(String[] args) throws FileNotFoundException, IOException {        Properties props = new Properties();        //向Properties中添加属性        props.setProperty("username", "glk");        props.setProperty("passwd", "aa");        //将Properties中的key-value对保存到a.ini文件中        props.store(new FileOutputStream("a.ini"), "comments line");//①        //新建一个Properties对象        Properties props2 = new Properties();        //向Properties中添加属性        props2.setProperty("gendar", "male");        //将a.ini文件中的key-value对追加到prop2种        props2.load(new FileInputStream("a.ini"));//②        System.out.println(props2);    }}

上面程序中示范了Properties的用法，其中①代码处将Properties对象中的key-value对写入a.ini文件中。②处代码则从a.ini文件中读取key-value对，并添加到prop2对象中。

Properties可以把key-value对以XML文件的形式保存起来，也可以从XML文件中加载key-value对，用法与此类似。

五、SortedMap接口和TreeMap实现类

正如Set集合派生出SortedSet子接口，Sorted接口有一个TreeSet实现类一样，Map接口也派生出一个Sorted子接口，SortedMap接口也有一个TreeMap实现类。

TreeMap就是一个红黑树数据结构，每个key-value对（也就是Entry）即作为红黑树一个结点。TreeMap存储key-value对（结点）时，需要根据key对结点进行排序。TreeMap可以保证所有key-value对处于有序状态。TreeMap也有两种排序方式。

• 自然排序：TreeMap的所有key必须实现Comparable接口，而且所有key应该是一个同一个类的对象，否则将会抛出ClassCastException异常。
• 定制排序：创建TreeMap时，传入一个Compartor对象，该对象负责对TreeMap中所有key进行排序。采用定制排序不要求Map的key实现Comparable接口。

类似于TreeSet中判断两个元素的标准，TreeMap中判断两个key相等的标准是：两个key通过compareTo()方法返回0，TreeMap即认为这两个key是相等的。

如果使用自定义类作为TreeMap的key，且想让TreeMap良好地工作，则重写改类的equals()方法和compareTo()方法应保持一致的返回结果，两个key通过equals()方法比较返回true时，它们通过compareTo()方法比较应该返回0。如果equals()方法与compareTo()方法返回结果不一致，TreeMap与Map接口的规则就会冲突。

注意：再次强调，Set和Map的关系十分密切，Java源码就是先实现了HashMap、TreeMap等集合，然后通过包装一个所有的value都为null的Map集合实现了Set集合类。

六、WeakHashMap实现类

WeakHashMap与HashMap的用法基本相似。
与HashMap的区别在于，HashMap的key保留了对实际对象的强引用，这意味着只要该HashMap对象不被销毁，该HashMap的所有key所引用的对象就不会被回收，HashMap也不会自动删除这些key所对应的key-value对；
但WeakHashMap的key只保留了对实际对象的弱引用，这意味着如果WeakHashMap对象的key所引用的对象没有被其他强引用变量所引用，则这些key所引用的对象可能被垃圾回收，WeakHashMap也可能自动删除这些key所对应的key-value。

WeakHashMap中的每个key对象只有持有对实际对象的弱引用，因此，当垃圾回收该key所对应的实际对象之后，WeakHashMap会自动删除该key对应的key-value对。

看如下程序。

import java.util.WeakHashMap;public class WeakHashMapTest {    public static void main(String[] args) {        WeakHashMap whm = new WeakHashMap();        //向WeakHashMap中添加三个key-value对        //三个key都是匿名字符串对象(没有其他引用)        whm.put(new String("语文"), new String("良好"));        whm.put(new String("数学"), new String("及格"));        whm.put(new String("英文"), new String("中单"));        //向WeakHashMap中添加一个key-value对        //该key是一个系统缓存的字符串对象        whm.put("java" , new String("中等") );//①        //输出whm对象，将看到4个key-value对象        System.out.println(whm);        //通知系统进行垃圾回收        System.gc();        System.runFinalization();        //在通常情况下，将只看一个key-value对        System.out.println(whm);    }}

编译，运行上面程序，看到如下运行结果：

{英文=中单, java=中等, 数学=及格, 语文=良好}{java=中等}

从上面运行结果可以看出，当系统进行垃圾回收时，删除了WeakHashMap对象的前三个key-value对。这是因为添加前三个key-value对(粗体字部分)时，这三个key都是匿名的字符串对象，WeakHashMap只保留了对它们的弱引用，这样垃圾回收时会自动删除这三个key-value对。

WeakHashMap对象第4组的key-value对(①号粗体代码行)的key时一个字符串直接量，（系统将会自动保留对该字符串对象的强引用），所以垃圾回收时不会回收它。

如果需要使用WeakHashMap的key来保留对象的弱引用，则不要让该key所引用的对象具有任何强引用，否则将失去使用WeakHashMap的意义。

七、IdentityHashMap实现类

这个Map实现类的实现机制与HashMap基本相似，但它在处理两个key相等时比较独特：在IdentityHashMap中，当且仅当两个key严格相等(key1 == key2)时，IdentityHashMap才认为两个key相等。对于普通的HashMap而言，只要key1和key2通过equals()方法比较返回true，且它们的hashCode值相等即可。

IdentityHashMap提供了与HashMap基本相似的方法，也允许使用null作为key和value。与HashMap相似:IdentityHashMap也不保证key-value对之间的顺序，更不能保证它们的顺序随时间的推移保持不变。

import java.util.IdentityHashMap;public class HashMapTest {    public static void main(String[] args) {        IdentityHashMap ihm = new IdentityHashMap();        //下面两行代码将会向IdentityHashMap对象中添加两个key-value对        ihm.put(new String("语文"),89);        ihm.put(new String("语文"), 78);        //下面两行代码只会向IdentityHashMap对象中添加也一个key-value对        ihm.put("java", 93);        ihm.put("java", 98);        System.out.println(ihm);    }}

运行看到如下结果：

{语文=89, java=98, 语文=78}

上面试图向IdentityHashMap对象中添加4个key-value对，前两个key-value对中的key是新创建的字符串对象，它们通过==比较不相等，所以IdentityHashMap会把它们当成2个key来处理；后2个key-value对中的key都是字符串常量，而且它们的字符序列完全相同，Java使用常量池来管理字符串常量，所以它们通过==比较返回true，IdentityHashMap会认为它们是同一个key，因此只有一次可以添加成功。

八、EnumMap实现类

EnumMap是一个与枚举类一起使用的Map实现，EnumMap中的所有key都必须是单个枚举类的枚举值，创建枚举类必须显式或隐式地指定它对应的枚举类。EnumMap有如下特征：

• EnumMap在内部以数组形式保存，所以这种形式非常紧凑、高效。
• EnumMap根据key的自然顺序（即枚举值在枚举类中定义顺序）来维护key-value对顺序。当程序通过keySet()、entrySet()、values()等方法遍历EnumMap时可以看到这种顺序。
• EnumMap不允许使用null作为key，但允许使用null作为value。如果试图使用null作为key时将抛出NullPointerException一次。

与创建普通Map有所区别的是，创建EnumMap必须指定一个枚举类，从而将该EnumMap和指定枚举类关联起来。

import java.util.EnumMap;enum Season{    SPRING,    SUMMER,    FALL,    WINTER}public class EnumMapTest {    public static void main(String[] args) {        //创建EnumMap对象，该EnumMap对象的所有key都是Season枚举类的枚举值        EnumMap enumMap = new EnumMap(Season.class);        enumMap.put(Season.SUMMER, "夏日炎炎");        enumMap.put(Season.SPRING, "春暖花开");        System.out.println(enumMap);    }}

上面创建了一个EnumMap对象， 创建该EnumMap对象时指定它的key只能是Season枚举类的枚举值。如果向该EnumMap中添加两个key-value对后，这两个key-value对将会以Season枚举值的自然顺序排序。

运行上面程序，看到如下运行结果：

{SPRING=春暖花开, SUMMER=夏日炎炎}

九、各Map实现类的性能分析

虽然HashMap和Hashtable的实现机制几乎一样，但由于Hashtable是一个古老的、线程安全的集合，因此HAshMap通常比Hashtable要快。

TreeMap通常比HashMap、Hashtable要慢（尤其是在插入、删除key-value对时更慢），因为TreeMap底层用红黑树来管理key-value对。

使用TreeMap有一个好处：TreeMap中的key-value对总是处于有序状态，无须专门进行排序操作。当TreeMap被填充之后，就可以调用keySet()，取得由key组成的Set，然后使用toArray()方法生成key的数组，接下来使用Arrays的binarySearch()在已排序的数组中快速查询对象。

对于一般的场景，程序多考虑使用HashMap，因为HashMap正是为快速查找设计的。但程序需要一个总是排好序的Map时，则可以考虑使用TreeMap。

LindedHashMap比HashMap慢一点，因为它需要维护链表来保持Map中key-value时的添加顺序。
EnumMap性能最好，但它只能使用同一个枚举类的枚举值作为key。