【JAVA基础篇教学】第十篇：Java中Map详解说明_java map

博主打算从0-1讲解下java基础教学，今天教学第十篇：Java中Map详解说明。  

在 Java 编程中，Map 接口代表了一种键值对的集合，每个键对应一个值。Map 接口提供了一系列操作方法，可以方便地对键值对进行增删改查等操作。本文将介绍 Map 接口的基本概念以及如何在 Java 中使用 Map 接口。

目录

一、Map 接口概述

二、Map 接口的常见实现类

三、使用示例

四、 HashMap，TreeMap，LinkedHashMap区别

1、HashMap

2、TreeMap

3、LinkedHashMap

4、输出排序情况示例

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一、Map 接口概述

Map 接口是 Java Collections Framework 中的一部分，位于 java.util 包中。它是一个接口，代表了一种键值对的集合，每个键对应一个值。Map 接口允许键值对具有唯一性，即同一个键只能对应一个值。

Map 接口的主要特点包括：

• 键的唯一性：Map 中的键是唯一的，不能包含重复的键。
• 允许空键和空值：Map 中可以包含空键和空值。
• 可以通过键来查找值：可以通过键来查找对应的值，并且可以根据需要修改、删除或者添加键值对。

二、Map 接口的常见实现类

Java 中常见的 Map 接口的实现类包括：

1. HashMap：基于哈希表实现的键值对集合，无序且不保证键值对的顺序。
2. TreeMap：基于红黑树实现的键值对集合，按键的自然顺序或者自定义顺序进行排序。
3. LinkedHashMap：继承自 HashMap，内部使用双向链表维护键值对的顺序，可以保持键值对的插入顺序或者访问顺序。

在本文中，我们将主要介绍 HashMap 的使用。

三、使用示例

下面是一个使用 Map 接口的 HashMap 实现的示例代码：

import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
 
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建一个 HashMap 对象
        Map<String, Integer> myMap = new HashMap<>();
 
        // 添加键值对到集合
        myMap.put("Apple", 10);
        myMap.put("Banana", 20);
        myMap.put("Orange", 30);
 
        // 获取集合大小
        int size = myMap.size();
        System.out.println("Map size: " + size);
 
        // 访问集合中的值
        System.out.println("Value for key 'Apple': " + myMap.get("Apple"));
        System.out.println("Value for key 'Banana': " + myMap.get("Banana"));
 
        // 遍历集合并打印每个键值对
        System.out.println("All key-value pairs:");
        for (Map.Entry<String, Integer> entry : myMap.entrySet()) {
            System.out.println(entry.getKey() + " -> " + entry.getValue());
        }
 
        // 检查集合中是否包含某个键
        boolean containsKey = myMap.containsKey("Banana");
        System.out.println("Does map contain key 'Banana'? " + containsKey);
 
        // 删除集合中的某个键值对
        myMap.remove("Banana");
        System.out.println("After removing key 'Banana':");
        System.out.println(myMap);
 
        // 清空集合
        myMap.clear();
        System.out.println("After clearing the map:");
        System.out.println(myMap);
    }
}

四、 HashMap，TreeMap，LinkedHashMap区别

1、HashMap

• 数据结构：HashMap 基于哈希表实现，内部使用数组和链表/红黑树（JDK8+）来存储键值对。
• 无序性：HashMap 不保证键值对的顺序，即遍历时输出的顺序可能是随机的。
• 性能：HashMap 的插入、删除和查找操作的平均时间复杂度为 O(1)，具有很好的性能。
• 允许空键和空值：HashMap 允许键和值都为 null。

2、TreeMap

• 数据结构：TreeMap 基于红黑树实现，内部使用红黑树来存储键值对，并且保持键的有序性。
• 有序性：TreeMap 会按键的自然顺序或者自定义顺序进行排序，因此遍历时输出的键值对是有序的。
• 性能：TreeMap 的插入、删除和查找操作的时间复杂度为 O(log n)，比 HashMap 略慢。
• 不允许空键：TreeMap 不允许键为 null，但允许值为 null。

3、LinkedHashMap

• 数据结构：LinkedHashMap 继承自 HashMap，内部使用双向链表来维护键值对的顺序，可以保持插入顺序或者访问顺序。
• 有序性：LinkedHashMap 可以按照插入顺序或者访问顺序来遍历输出键值对。
• 性能：LinkedHashMap 的性能与 HashMap 类似，但由于额外维护了链表，可能会稍微慢一些。
• 允许空键和空值：LinkedHashMap 允许键和值都为 null。

4、输出排序情况示例

下面是一个示例，展示了对 HashMap、TreeMap 和 LinkedHashMap 进行添加元素后的输出排序情况：

import java.util.HashMap;
import java.util.LinkedHashMap;
import java.util.Map;
import java.util.TreeMap;
 
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        // HashMap 示例
        Map<String, Integer> hashMap = new HashMap<>();
        hashMap.put("Banana", 2);
        hashMap.put("Apple", 1);
        hashMap.put("Orange", 3);
        hashMap.put("Cool", 5);
        hashMap.put("Door", 4);
        System.out.println("HashMap:");
        System.out.println(hashMap);
 
        // TreeMap 示例
        Map<String, Integer> treeMap = new TreeMap<>();
        treeMap.put("Banana", 2);
        treeMap.put("Apple", 1);
        treeMap.put("Orange", 3);
        treeMap.put("Cool", 5);
        treeMap.put("Door", 4);
        System.out.println("TreeMap:");
        System.out.println(treeMap);
 
        // LinkedHashMap 示例
        Map<String, Integer> linkedHashMap = new LinkedHashMap<>();
        linkedHashMap.put("Banana", 2);
        linkedHashMap.put("Apple", 1);
        linkedHashMap.put("Orange", 3);
        linkedHashMap.put("Cool", 5);
        linkedHashMap.put("Door", 4);
        System.out.println("LinkedHashMap:");
        System.out.println(linkedHashMap);
    }
}

很明显：

• hashMap的输出，顺序是随机的。
• treeMap的输出，是根据字母自然排序的。是根据键的自然顺序或者通过传入的比较器（Comparator）进行排序的。
•  linkedHashMap的输出，是按照你插入的顺序。

这里要注意一下，当你多次运行程序时，你会发现hashmap的输出趋向于有序？

这里解答下：

虽然 HashMap 不保证元素的顺序，但是在实际使用中，对于相同的哈希表大小和相同的哈希函数，相同的元素插入顺序往往会导致相同的哈希码分布，从而使得元素在哈希表中的位置趋于相同，进而使得元素的遍历顺序看起来是有序的。这种现象称为“桶中的元素顺序”。

但是，这种“有序性”仅仅是一种“看起来”的现象，实际上 HashMap 并不保证元素的顺序，因此不应该依赖于遍历结果的顺序。如果需要有序的遍历，应该使用 TreeMap 或者 LinkedHashMap，它们会根据键的自然顺序或者插入顺序进行有序遍历。