面试半年!三面阿里,四面蚂蚁金服,居然倒在了一个Java集合之Map上?

Map与Collection并列存在。用于保存具有映射关系的数据:key-value Map中的key和value都可以是任何引用类型的数据 Map中的key用set来存放,不允许重复,即同一个Map对象所对应的类,须重写 hashCode()和 equals()方法 常用 String类作为Map的“键” 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 Map接口的常用实现类:HashMap、TreeMap、LinkedHashMap和Properties。其中,HashMap是Map接口使用频率最高的实现类

1. 常见实现类结构

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|----Map:双列数据,存储key-value对的数据   ---类似于高中的函数:y = f(x)
     |----HashMap:作为Map的主要实现类;线程安全的,效率高;存储null的key和value
          |----LinkedHashMap:保证在遍历map元素时,可以照添加的顺序实现遍历。
                    原因:在原的HashMap底层结构基础上,添加了一对指针,指向前一个和后一个元素。
                    对于频繁的遍历操作,此类执行效率高于HashMap。
     |----TreeMap:保证照添加的key-value对进行排序,实现排序遍历。此时考虑key的自然排序或定制排序
                      底层使用红黑树
     |----Hashtable:作为古老的实现类;线程安全的,效率低;不能存储null的key和value
          |----Properties:常用来处理配置文件。key和value都是String类型
 
 
HashMap的底层: 数组+链表  (JDK 7.0及之前)
               数组+链表+红黑树 (JDK 8.0以后)
复制代码

1.1 HashMap

HashMap是Map接口使用频率最高的实现类。

允许使用null键和null值,与 HashSet一样,不保证映射的顺序。

所有的key构成的集合是set:无序的、不可重复的。所以,key所在的类要重写equals()和 hashCode()

所有的value构成的集合是Collection:无序的、可以重复的。所以,value所在的类要重写:equals()

一个key-value构成一个entry

所有的entry构成的集合是Set:无序的、不可重复的

HashMap判断两个key相等的标准是:两个key通过equals()方法返回true,hashCode值也相等。

HashMap判断两个value相等的标准是:两个value通过equals()方法返回true.

代码示例:

@Test
public void test1(){
    Map map = new HashMap();
 
    map.put(null,123);
 
}
复制代码

1.2 LinkedHashMap

LinkedHashMap底层使用的结构与HashMap相同,因为LinkedHashMap继承于HashMap. 区别就在于:LinkedHashMap内部提供了Entry,替换HashMap中的Node. 与Linkedhash Set类似,LinkedHashMap可以维护Map的迭代顺序:迭代顺序与Key-value对的插入顺序一致 代码示例:

@Test
public void test2(){
    Map map = new LinkedHashMap();
    map.put(123,"AA");
    map.put(345,"BB");
    map.put(12,"CC");
 
    System.out.println(map);
} 
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1.3 TreeMap

TreeMap存储Key-Value对时,需要根据key-value对进行排序。TreeMap可以保证所有的 Key-Value对处于有序状态。

TreeSet底层使用红黑树结构存储数据

TreeMap的Key的排序:

自然排序: TreeMap的所有的Key必须实现Comparable接口,而且所有的Key应该是同一个类的对象,否则将会抛出ClasssCastEXception() 定制排序:创建 TreeMap时,传入一个 Comparator对象,该对象负责对TreeMap中的所有key进行排序。此时不需要Map的Key实现Comparable接口 TreeMap判断两个key相等的标准:两个key通过 compareTo()方法或者compare()方法返回0.

1.4 Hashtable

Hashtable是个古老的Map实现类,JDK1.0就提供了。不同于 HashMap,Hashtable是线程安全的.

Hashtable实现原理和HashMap相同,功能相同。底层都使用哈希表结构,查询速度快,很多情况下可以互用

与HashMap.不同,Hashtable不允许使用null作为key和value.

与HashMap一样,Hashtable也不能保证其中Key-value对的顺序.

Hashtable判断两个key相等、两个value相等的标准,与HashMap-致.

1.5 Properties

Properties类是Hashtable的子类,该对象用于处理属性文件

由于属性文件里的key、value都是字符串类型,所以Properties里的key和value都是字符串类型

存取数据时,建议使用setProperty(String key,String value)方法和getProperty(String key)方法

代码示例:

//Properties:常用来处理配置文件。key和value都是String类型
public static void main(String[] args)  {
    FileInputStream fis = null;
    try {
        Properties pros = new Properties();
 
        fis = new FileInputStream("jdbc.properties");
        pros.load(fis);//加载流对应的文件
 
        String name = pros.getProperty("name");
        String password = pros.getProperty("password");
 
        System.out.println("name = " + name + ", password = " + password);
    } catch (IOException e) {
        e.printStackTrace();
    } finally {
        if(fis != null){
            try {
                fis.close();
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
 
        }
    }
 
}
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2. 存储结构的理解:

Map中的key:无序的、不可重复的,使用Set存储所的key —> key所在的类要重写equals()和hashCode() (以HashMap为例) Map中的value:无序的、可重复的,使用Collection存储所的value —>value所在的类要重写equals() 一个键值对:key-value构成了一个Entry对象。 Map中的entry:无序的、不可重复的,使用Set存储所的entry

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3. 常用方法

3.1添加、删除、修改操作:

Object put(Object key,Object value):将指定key-value添加到(或修改)当前map对象中 void putAll(Map m):将m中的所有key-value对存放到当前map中 Object remove(Object key):移除指定key的key-value对,并返回value void clear():清空当前map中的所有数据 代码示例:

@Test
public void test1() {
    Map map = new HashMap();
    //Object put(Object key,Object value):将指定key-value添加到(或修改)当前map对象中
    map.put("AA",123);
    map.put("ZZ",251);
    map.put("CC",110);
    map.put("RR",124);
    map.put("FF",662);
    System.out.println(map);//{AA=123, ZZ=251, CC=110, RR=124, FF=662}
 
    //Object put(Object key,Object value):将指定key-value添加到(或修改)当前map对象中
    map.put("ZZ",261);
    System.out.println(map);//{AA=123, ZZ=261, CC=110, RR=124, FF=662}
 
    //void putAll(Map m):将m中的所有key-value对存放到当前map中
    HashMap map1 = new HashMap();
    map1.put("GG",435);
    map1.put("DD",156);
    map.putAll(map1);
    System.out.println(map);//{AA=123, ZZ=261, CC=110, RR=124, FF=662, GG=435, DD=156}
 
    //Object remove(Object key):移除指定key的key-value对,并返回value
    Object value = map.remove("GG");
    System.out.println(value);//435
    System.out.println(map);//{AA=123, ZZ=261, CC=110, RR=124, FF=662, DD=156}
 
    //void clear():清空当前map中的所有数据
    map.clear();
    System.out.println(map.size());//0  与map = null操作不同
    System.out.println(map);//{}
}
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3.2元素查询的操作:

Object get(Object key):获取指定key对应的value boolean containsKey(Object key):是否包含指定的key boolean containsValue(Object value):是否包含指定的value int size():返回map中key-value对的个数 boolean isEmpty():判断当前map是否为空 boolean equals(Object obj):判断当前map和参数对象obj是否相等 代码示例:

@Test
public void test2() {
    Map map = new HashMap();
    map.put("AA", 123);
    map.put("ZZ", 251);
    map.put("CC", 110);
    map.put("RR", 124);
    map.put("FF", 662);
    System.out.println(map);//{AA=123, ZZ=251, CC=110, RR=124, FF=662}
    //Object get(Object key):获取指定key对应的value
    System.out.println(map.get("AA"));//123
 
    //boolean containsKey(Object key):是否包含指定的key
    System.out.println(map.containsKey("ZZ"));//true
 
    //boolean containsValue(Object value):是否包含指定的value
    System.out.println(map.containsValue(123));//true
 
    //int size():返回map中key-value对的个数
    System.out.println(map.size());//5
 
    //boolean isEmpty():判断当前map是否为空
    System.out.println(map.isEmpty());//false
 
    //boolean equals(Object obj):判断当前map和参数对象obj是否相等
    Map map1 = new HashMap();
    map1.put("AA", 123);
    map1.put("ZZ", 251);
    map1.put("CC", 110);
    map1.put("RR", 124);
    map1.put("FF", 662);
    System.out.println(map.equals(map1));//true
}
复制代码

3.3 元视图操作的方法:

Set keySet():返回所有key构成的Set集合 Collection values():返回所有value构成的Collection集合 Set entrySet():返回所有key-value对构成的Set集合 代码示例:

@Test
public void test3() {
    Map map = new HashMap();
    map.put("AA", 123);
    map.put("ZZ", 251);
    map.put("CC", 110);
    map.put("RR", 124);
    map.put("FF", 662);
    System.out.println(map);//{AA=123, ZZ=251, CC=110, RR=124, FF=662}
    //遍历所有的key集:Set keySet():返回所有key构成的Set集合
    Set set = map.keySet();
    Iterator iterator = set.iterator();
    while (iterator.hasNext()) {
        System.out.println(iterator.next());
    }
    System.out.println("--------------");
    //遍历所有的value集:Collection values():返回所有value构成的Collection集合
    Collection values = map.values();
    for (Object obj :
         values) {
        System.out.println(obj);
    }
    System.out.println("---------------");
    //Set entrySet():返回所有key-value对构成的Set集合
    Set entrySet = map.entrySet();
    Iterator iterator1 = entrySet.iterator();
    //方式一:
    while (iterator1.hasNext()) {
        Object obj = iterator1.next();
        //entrySet集合中的元素都是entry
        Map.Entry entry = (Map.Entry) obj;
        System.out.println(entry.getKey() + "-->" + entry.getValue());
    }
    System.out.println("--------------");
 
    //方式二:
    Set keySet = map.keySet();
    Iterator iterator2 = keySet.iterator();
    while (iterator2.hasNext()) {
        Object key = iterator2.next();
        Object value = map.get(key);
        System.out.println(key + "==" + value);
    }
}
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总结:常用方法:

添加:put(Object key,Object value) 删除:remove(Object key) 修改:put(Object key,Object value) 查询:get(Object key) 长度:size() 遍历:keySet() / values() / entrySet()

4. 内存结构说明:(难点)

4.1 HashMap在JDK 7.0中实现原理:

4.1.1 HashMap的存储结构:

JDK 7.0及以前的版本:HashMap是数组+链表结构(地址链表法)

JDK 8.0版本以后:HashMap是数组+链表+红黑树实现

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4.1.2 对象创建和添加过程:

HashMap map = new HashMap():

实例化以后,底层创建了长度是16的一维数组Entry[] table。

​ …可能已经执行过多次put…

map.put(key1,value1):

首先,调用key1所在类的hashCode()计算key1哈希值,此哈希值经过某种算法计算以后,得到在Entry数组中的存放位置。 如果此位置上的数据为空,此时的key1-value1添加成功。 —-情况1 如果此位置上的数据不为空,(意味着此位置上存在一个或多个数据(以链表形式存在)),比较key1和已经存在的一个或多个数据的哈希值: 如果key1的哈希值与已经存在的数据的哈希值都不相同,此时key1-value1添加成功。—-情况2 如果key1的哈希值和已经存在的某一个数据(key2-value2)的哈希值相同,继续比较:调用key1所在类的equals(key2)方法,比较: 如果equals()返回false:此时key1-value1添加成功。—-情况3 如果equals()返回true:使用value1替换value2。

补充:关于情况2和情况3:此时key1-value1和原来的数据以链表的方式存储。

在不断的添加过程中,会涉及到扩容问题,当超出临界值(且要存放的位置非空)时,扩容。默认的扩容方式:扩容为原来容量的2倍,并将原有的数据复制过来。

4.1.3 HashMap的扩容

当HashMap中的元素越来越多的时候,hash冲突的几率也就越来越高,因为数组的长度是固定的。所以为了提高查询的效率,就要对 HashMap的数组进行扩容,而在HashMap数组扩容之后,原数组中的数据必须重新计算其在新数组中的位置,并放进去,这就是 resize。

4.1.4 HashMap扩容时机

当HashMap中的元素个数超过数组大小(数组总大小 length,不是数组中个数)* loadFactor时,就会进行数组扩容,loadFactor的默认值(DEFAULT_LOAD_ FACTOR)为0.75,这是一个折中的取值。也就是说,默认情况下,数组大小(DEFAULT INITIAL CAPACITY)为16,那么当 HashMap中元素个数超过16 * 0.75=12(这个值就是代码中的 threshold值,也叫做临界值)的时候,就把数组的大小扩展为2 * 16=32,即扩大一倍,然后重新计算每个元素在数组中的位置,而这是一个非常消耗性能的操作,所以如果我们已经预知 HashMap中元素的个数,那么预设元素的个数能够有效的提高HashMap的性能。

4.2 HashMap在JDK 8.0底层实现原理:

4.2.1 HashMap的存储结构:

HashMap的内部存储结构其实是数组+链表+红黑树的组合。

4.2.2 HashMap添加元素的过程:

当实例化一个HashMap时,会初始化 initialCapacity和loadFactor,在put第一对映射关系时,系统会创建一个长度为 initialCapacity的Node数组,这个长度在哈希表中被称为容量(Capacity),在这个数组中可以存放元素的位置我们称之为“桶”( bucket),每个bucket都有自己的索引,系统可以根据索引快速的查找bucket中的元素。

每个 bucket中存储一个元素,即一个Node对象,但每一个Noe对象可以带个引用变量next,用于指向下一个元素,因此,在一个桶中,就有可能生成一个Node链。也可能是一个一个 TreeNode对象,每一个Tree node对象可以有两个叶子结点left和right,因此,在一个桶中,就有可能生成一个TreeNode树。而新添加的元素作为链表的last,或树的叶子结点。

4.2.3 HashMap的扩容机制:

当HashMapl中的其中一个链的对象个数没有达到8个和JDK 7.0以前的扩容方式一样。 当HashMapl中的其中一个链的对象个数如果达到了8个,此时如果 capacity没有达到64,那么HashMap会先扩容解决,如果已经达到了64,那么这个链会变成树,结点类型由Node变成 Tree Node类型。当然,如果当映射关系被移除后,下次resize方法时判断树的结点个数低于6个,也会把树再转为链表。

4.2.4 JDK 8.0与JDK 7.0中HashMap底层的变化:

new HashMap():底层没有创建一个长度为16的数组

JDK 8.0底层的数组是:Node[],而非Entry[]

首次调用put()方法时,底层创建长度为16的数组

JDK 7.0底层结构只有:数组+链表。JDK 8.0中底层结构:数组+链表+红黑树。

形成链表时,七上八下(jdk7:新的元素指向旧的元素。jdk8:旧的元素指向新的元素) 当数组的某一个索引位置上的元素以链表形式存在的数据个数 > 8 且当前数组的长度 > 64时,此时此索引位置上的所数据改为使用红黑树存储。

4.3 HashMap底层典型属性的属性的说明:

DEFAULT_INITIAL_CAPACITY : HashMap的默认容量,16 DEFAULT_LOAD_FACTOR:HashMap的默认加载因子:0.75 threshold:扩容的临界值,= 容量*填充因子:16 * 0.75 => 12 TREEIFY_THRESHOLD:Bucket中链表长度大于该默认值,转化为红黑树:JDK 8.0引入 MIN_TREEIFY_CAPACITY:桶中的Node被树化时最小的hash表容量:64

4.4 LinkedHashMap的底层实现原理

LinkedHashMap底层使用的结构与HashMap相同,因为LinkedHashMap继承于HashMap. 区别就在于:LinkedHashMap内部提供了Entry,替换HashMap中的Node. 与Linkedhash Set类似,LinkedHashMap可以维护Map的迭代顺序:迭代顺序与Key-value对的插入顺序一致 HashMap中内部类Node源码

static class Node<K,V> implements Map.Entry<K,V>{
    final int hash;
    final K key;
    V value;
    Node<K,V> next;
}
复制代码

LinkedHashM中内部类Entry源码:

static class Entry<K,V> extends HashMap.Node<K,V> {
    Entry<K,V> before, after;//能够记录添加的元素的先后顺序
    Entry(int hash, K key, V value, Node<K,V> next) {
        super(hash, key, value, next);
    }
}
复制代码

5. TreeMap的使用

向TreeMap中添加key-value,要求key必须是由同一个类创建的对象 要照key进行排序:自然排序 、定制排序

代码示例:

//自然排序
@Test
public void test() {
    TreeMap map = new TreeMap();
    User u1 = new User("Tom", 23);
    User u2 = new User("Jarry", 18);
    User u3 = new User("Bruce", 56);
    User u4 = new User("Davie", 23);
 
    map.put(u1, 98);
    map.put(u2, 16);
    map.put(u3, 92);
    map.put(u4, 100);
 
    Set entrySet = map.entrySet();
    Iterator iterator = entrySet.iterator();
    while (iterator.hasNext()) {
        Object obj = iterator.next();
        Map.Entry entry = (Map.Entry) obj;
        System.out.println(entry.getKey() + "=" + entry.getValue());
    }
}
 
//定制排序:按照年龄大小排
@Test
public void test2() {
    TreeMap map = new TreeMap(new Comparator() {
        @Override
        public int compare(Object o1, Object o2) {
            if (o1 instanceof User && o2 instanceof User) {
                User u1 = (User) o1;
                User u2 = (User) o2;
                return Integer.compare(u1.getAge(), u2.getAge());
            }
            throw new RuntimeException("输入数据类型错误");
        }
    });
    User u1 = new User("Tom", 23);
    User u2 = new User("Jarry", 18);
    User u3 = new User("Bruce", 56);
    User u4 = new User("Davie", 23);
 
    map.put(u1, 98);
    map.put(u2, 16);
    map.put(u3, 92);
    map.put(u4, 100);
 
    Set entrySet = map.entrySet();
    Iterator iterator = entrySet.iterator();
    while (iterator.hasNext()) {
        Object obj = iterator.next();
        Map.Entry entry = (Map.Entry) obj;
        System.out.println(entry.getKey() + "=" + entry.getValue());
    }
}
复制代码

6.使用Properties读取配置文件

代码示例:

//Properties:常用来处理配置文件。key和value都是String类型
public static void main(String[] args)  {
    FileInputStream fis = null;
    try {
        Properties pros = new Properties();
 
        fis = new FileInputStream("jdbc.properties");
        pros.load(fis);//加载流对应的文件
 
        String name = pros.getProperty("name");
        String password = pros.getProperty("password");
 
        System.out.println("name = " + name + ", password = " + password);
    } catch (IOException e) {
        e.printStackTrace();
    } finally {
        if(fis != null){
            try {
                fis.close();
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
 
        }
    }
 
}
复制代码

最后

大家看完有什么不懂的话可以在下方留言评论,也可以私信问我,我一般看到之后都会回复的。也欢迎大家关注我的公众号:前程有光,马上金九银十跳槽面试季,整理了1000多道将近500多页pdf文档的Java面试题资料,文章都会在里面更新,整理的资料也会放在里面。

原文 

https://juejin.im/post/5f0804266fb9a07e8646ef71

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