Java集合03——你不得不了解的Map

Map 在面试中永远是一个绕不开的点,本文将详细讲解Map的相关内容。关注公众号「Java面典」了解更多 Java 知识点。

Map

  • Map 是一个键值对(key-value)映射接口;
  • 映射中不能包含重复的键,每个键最多只能映射到一个值;
  • Map 允许以键集(keySet())、值集(valueSet())或键-值映射关系集(entrySet())的形式查看某个映射的内容。

HashMap

特点

  • 根据 key 的 hashCode 存储数据,大多数情况下(hash冲突时除外)可以直接定位到值;
  • HashMap具有较快的随机读取速度,遍历速度不可控;
  • 一个 HashMap 对象中最多只允许一条记录的键为 null,允许多条记录的值为 null;
  • HashMap是非线程安全的。

实现

HashMap.png

可以看出 HashMap 其实是一个数组 + 单向链表组成。

容量

  • capacity:当前数组容量(默认16),始终保持 2^n,可以扩容,扩容后数组大小为当前的 2 倍;
  • loadFactor:负载因子,默认为 0.75;
  • threshold:扩容阈值,等于 capacity * loadFactor。

Java8实现

Java8HashMap.png

从 Java8 开始,Java 对 HashMap 的实现有了一定的改变,开始引入红黑树,所以其结构变成了 数组 + 链表 + 红黑树组成。

原因:当发生 hash 冲突时,在链表中查询 Node 的时间复杂度为 O(n),为了降低时间复杂度,引入红黑树,时间复杂度变为 O(logN)。

容量:除了Java7中的容量相关参数外,Java8为了引入红黑树,还引入了另外几个容量相关的变量。

  • static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8:链表转树阈值。当链表长度 > 该值时,则将链表转换成红黑树;
  • static final int UNTREEIFY_THRESHOLD = 6:树还原链表阈值。当红黑树内节点数量 < 6时,则将红黑树转换成链表;
  • static final int MIN_TREEIFY_CAPACITY = 64:最小树化阈值。当哈希表中的容量 > 该值时,才允许链表转化为红黑树。否则将直接扩容。为了避免进行扩容、树形化选择的冲突,这个值不能小于 4 * TREEIFY_THRESHOLD。

ConcurrentHashMap

特点

  • ConcurrentHashMap 其实就是一个线程安全的HashMap;
  • ConcurrentHashMap key 和 value 均不允许为 null。

网上关于key 和 value 不允许为 null 的解释是这样描述的:如果map.get(key)return null,则无法检测到该键是否显式映射到 null 该键。在非并行映射中,您可以通过进行检查 map.contains(key),但在并行映射中,两次调用之间的映射可能已更改

实现

![ConcurrentHashMap.png]

  • ConcurreuntHashMap 实现和 HashMap 差不多的,但是为了支持并发操作,引入了 Segment,ConcurreuntHashMap 由一个 Segment 数组组成;
  • Segment 通过继承 ReentrantLock 来进行加锁,Segment 数组就相当于是 ConcurreuntHashMap 的分段锁,每次操作只用锁住对应的 Segment 就行了;
  • Segment 内部由 HashMap 组成;
  • concurrencyLevel:并行级别,默认16。其实就是 ConcurreuntHashMap 由长度为 16 的 Segment 组成,所以可以理解为 ConcurreuntHashMap 默认同时可以支持最多 16 个线程并发写。Segment 数组可以在初始化的时候指定,初始化后不可扩容。

Java8实现

Java8 ConcurrentHashMap.png

和 HashMap 一样, ConcurrentHashMap 在 Java8 中也引入了红黑树的机制。在这里就不再赘述了。

LinkedHashMap

LinkedHashMap.png

LinkedHashMap 是 HashMap 的一个子类,它记录了元素插入的顺序,能够保证在使用迭代器遍历的时候,先插入的元素先获取。也可在构造时带参数,按照访问次序排序。

WeakHashMap

特点

  • WeakHashMap 键值都可以是null;
  • WeakHashMap 的键是“弱键”。当某个键不再正常使用时,会被从 WeakHashMap 中被自动移除。

弱键原理

  • 弱键通过 WeakReference 和 ReferenceQueue 实现,
  • WeakHashMap 的 key 是 WeakReference 类型的, ReferenceQueue是一个队列,它会保存被GC回收的“弱键”;
  • 当某“弱键”不再被其它对象引用,并被GC回收时,这个“弱键”也同时会被添加到 ReferenceQueue(queue) 队列中;
  • 当再次操作 WeakHashMap 时,会先同步 table 和 queue 。table 中保存了全部的键值对,而 queue 中保存被 GC 回收的键值对;同步它们,就是删除 table 中被 GC 回收的键值对。

主要变量

  • table:是一个Entry[]数组类型,用于存储键值对;
  • size: 表示 WeakHashMap 的大小;
  • threshold :阈值,用于判断是否需要调整容量,threshold的值="容量*加载因子";
  • loadFactor: 加载因子;
  • modCount:是用来实现fail-fast机制的
  • queue:保存的是“已被GC清除”的“弱引用的键”。

TreeMap

  • TreeMap 实现 SortedMap 接口,能够把它保存的记录根据键排序;
  • 默认按照键值升序排序,也可指定排序的比较器;
  • 在使用 TreeMap 时,key 必须实现 Comparable 接口或者在构造 TreeMap 传入自定义的 Comparator,否则会在运行时抛出 java.lang.ClassCastException 类型的异常。

Hashtable

  • Hashtable 继承自 Dictionary 接口,相当于介于 HashMap 与 ConcurrentHashMap 之间的一种哈希表;
  • 相较于 HashMap 而言,他是线程安全的,同时与 ConcurrentHashMap 一样,key vlaue 均不能为null;
  • 相较于 ConcurrentHashMap 而言,Hashtable 不支持多线程同时操作。
  • 所以在在单线程环境一般使用 HashMap,而在多线程环境中,使用 ConcurrentHashMap 。

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posted @ 2020-03-12 16:34  xwayway  阅读(319)  评论(0编辑  收藏  举报