Java中Map集合体系的基本使用和常用API是什么

目录

1. Map集合概述
2. Map接口的常用实现类
   • HashMap
   • LinkedHashMap
   • TreeMap
   • Hashtable
   • ConcurrentHashMap
3. Map接口的常用API
   • 基本操作
   • 视图操作
   • 默认方法
4. Map集合的遍历
   • 使用keySet()遍历
   • 使用entrySet()遍历
   • 使用forEach()遍历
5. Map集合的性能比较
6. 总结

Map集合概述

在Java中，Map是一种用于存储键值对（key-value pairs）的集合。Map接口是Java集合框架的一部分，它提供了一种将键映射到值的方式。每个键最多只能映射到一个值，且键不能重复。Map接口的主要实现类包括HashMap、LinkedHashMap、TreeMap、Hashtable和ConcurrentHashMap。

Map接口的主要特点包括： - 键值对存储：Map存储的是键值对，键和值都可以是任意类型的对象。 - 键唯一：Map中的键是唯一的，不能重复。 - 值可以重复：Map中的值可以重复，多个键可以映射到同一个值。 - 无序性：Map中的键值对是无序的，除非使用LinkedHashMap或TreeMap等有序实现类。

Map接口的常用实现类

HashMap

HashMap是Map接口最常用的实现类之一。它基于哈希表实现，允许存储null键和null值。HashMap不保证元素的顺序，且不保证顺序随着时间的推移保持不变。

特点：

• 基于哈希表实现，查找、插入和删除操作的时间复杂度为O(1)。
• 允许null键和null值。
• 非线程安全。

示例代码：

Map<String, Integer> map = new HashMap<>();
map.put("apple", 1);
map.put("banana", 2);
map.put("cherry", 3);

System.out.println(map.get("banana")); // 输出: 2

LinkedHashMap

LinkedHashMap是HashMap的子类，它在HashMap的基础上维护了一个双向链表，用于记录插入顺序或访问顺序。因此，LinkedHashMap可以保持元素的插入顺序或访问顺序。

特点：

• 基于哈希表和双向链表实现，查找、插入和删除操作的时间复杂度为O(1)。
• 保持插入顺序或访问顺序。
• 允许null键和null值。
• 非线程安全。

示例代码：

Map<String, Integer> map = new LinkedHashMap<>();
map.put("apple", 1);
map.put("banana", 2);
map.put("cherry", 3);

for (Map.Entry<String, Integer> entry : map.entrySet()) {
    System.out.println(entry.getKey() + ": " + entry.getValue());
}
// 输出:
// apple: 1
// banana: 2
// cherry: 3

TreeMap

TreeMap是基于红黑树实现的Map接口的有序实现类。它根据键的自然顺序或自定义比较器对键进行排序。TreeMap不允许null键，但允许null值。

特点：

• 基于红黑树实现，查找、插入和删除操作的时间复杂度为O(log n)。
• 键按照自然顺序或自定义比较器排序。
• 不允许null键，但允许null值。
• 非线程安全。

示例代码：

Map<String, Integer> map = new TreeMap<>();
map.put("apple", 1);
map.put("banana", 2);
map.put("cherry", 3);

for (Map.Entry<String, Integer> entry : map.entrySet()) {
    System.out.println(entry.getKey() + ": " + entry.getValue());
}
// 输出:
// apple: 1
// banana: 2
// cherry: 3

Hashtable

Hashtable是Map接口的早期实现类，它与HashMap类似，但Hashtable是线程安全的。Hashtable不允许null键和null值。

特点：

• 基于哈希表实现，查找、插入和删除操作的时间复杂度为O(1)。
• 线程安全。
• 不允许null键和null值。

示例代码：

Map<String, Integer> map = new Hashtable<>();
map.put("apple", 1);
map.put("banana", 2);
map.put("cherry", 3);

System.out.println(map.get("banana")); // 输出: 2

ConcurrentHashMap

ConcurrentHashMap是Map接口的线程安全实现类，它在HashMap的基础上进行了优化，支持高并发的读写操作。ConcurrentHashMap允许null值，但不允许null键。

特点：

• 基于分段锁实现，支持高并发。
• 查找、插入和删除操作的时间复杂度为O(1)。
• 允许null值，但不允许null键。
• 线程安全。

示例代码：

Map<String, Integer> map = new ConcurrentHashMap<>();
map.put("apple", 1);
map.put("banana", 2);
map.put("cherry", 3);

System.out.println(map.get("banana")); // 输出: 2

Map接口的常用API

基本操作

1. put(K key, V value)

将指定的键值对插入到Map中。如果键已经存在，则替换对应的值。

Map<String, Integer> map = new HashMap<>();
map.put("apple", 1);
map.put("banana", 2);
map.put("cherry", 3);

2. get(Object key)

返回指定键所映射的值，如果Map中不包含该键，则返回null。

Integer value = map.get("banana"); // 返回: 2

3. remove(Object key)

移除指定键所映射的键值对，并返回对应的值。如果Map中不包含该键，则返回null。

Integer removedValue = map.remove("banana"); // 返回: 2

4. containsKey(Object key)

判断Map中是否包含指定的键。

boolean contains = map.containsKey("apple"); // 返回: true

5. containsValue(Object value)

判断Map中是否包含指定的值。

boolean contains = map.containsValue(3); // 返回: true

6. size()

返回Map中键值对的数量。

int size = map.size(); // 返回: 3

7. isEmpty()

判断Map是否为空。

boolean isEmpty = map.isEmpty(); // 返回: false

8. clear()

清空Map中的所有键值对。

map.clear();

视图操作

1. keySet()

返回Map中所有键的集合。

Set<String> keys = map.keySet();
for (String key : keys) {
    System.out.println(key);
}

2. values()

返回Map中所有值的集合。

Collection<Integer> values = map.values();
for (Integer value : values) {
    System.out.println(value);
}

3. entrySet()

返回Map中所有键值对的集合。

Set<Map.Entry<String, Integer>> entries = map.entrySet();
for (Map.Entry<String, Integer> entry : entries) {
    System.out.println(entry.getKey() + ": " + entry.getValue());
}

默认方法

1. getOrDefault(Object key, V defaultValue)

返回指定键所映射的值，如果Map中不包含该键，则返回默认值。

Integer value = map.getOrDefault("banana", 0); // 返回: 2
Integer defaultValue = map.getOrDefault("grape", 0); // 返回: 0

2. putIfAbsent(K key, V value)

如果指定键尚未与值关联（或映射到null），则将其与给定值关联并返回null，否则返回当前值。

Integer oldValue = map.putIfAbsent("banana", 4); // 返回: 2
Integer newValue = map.putIfAbsent("grape", 4); // 返回: null

3. replace(K key, V value)

替换指定键所映射的值，并返回旧值。如果Map中不包含该键，则返回null。

Integer oldValue = map.replace("banana", 5); // 返回: 2

4. replace(K key, V oldValue, V newValue)

仅当指定键当前映射到指定值时，才替换该键的值。

boolean replaced = map.replace("banana", 5, 6); // 返回: true

5. forEach(BiConsumer<? super K, ? super V> action)

对Map中的每个键值对执行给定的操作。

map.forEach((key, value) -> System.out.println(key + ": " + value));

Map集合的遍历

使用keySet()遍历

通过keySet()方法获取Map中所有键的集合，然后遍历键集合并获取对应的值。

for (String key : map.keySet()) {
    System.out.println(key + ": " + map.get(key));
}

使用entrySet()遍历

通过entrySet()方法获取Map中所有键值对的集合，然后遍历键值对集合。

for (Map.Entry<String, Integer> entry : map.entrySet()) {
    System.out.println(entry.getKey() + ": " + entry.getValue());
}

使用forEach()遍历

使用forEach()方法遍历Map中的每个键值对。

map.forEach((key, value) -> System.out.println(key + ": " + value));

Map集合的性能比较

实现类	数据结构	线程安全	允许null键/值	时间复杂度（查找/插入/删除）	顺序性
HashMap	哈希表	否	是/是	O(1)	无序
LinkedHashMap	哈希表+双向链表	否	是/是	O(1)	插入或访问顺序
TreeMap	红黑树	否	否/是	O(log n)	自然或自定义顺序
Hashtable	哈希表	是	否/否	O(1)	无序
ConcurrentHashMap	分段锁	是	否/是	O(1)	无序

总结

Map是Java集合框架中非常重要的一部分，它提供了键值对的存储和操作功能。Map接口的常用实现类包括HashMap、LinkedHashMap、TreeMap、Hashtable和ConcurrentHashMap，每种实现类都有其特定的使用场景和性能特点。在实际开发中，应根据具体需求选择合适的Map实现类，并熟练掌握Map接口的常用API和遍历方式。