第十三章《集合》第5节：Map集合

​List、Set和Queue都是Collection接口的子接口，因此从更高层次来说它们属于统一类型的集合。Map接口也代表一种集合，但它不是Collection子接口，因此它属于另一种类型的集合。Map用于保存具有映射关系的数据。映射关系的数据分为两部分，就好比电话本一样，如图13-20所示。

图13-20电话本​

从图13-20可以看出：电话本左边记录着人的姓名，右边对应的记录着电话号码。人们在电话本中查询时，总是通过人的姓名找到他的电话号码。按照专业上的说法，电话本中人的姓名被称为键，英文翻译为key，电话号码被被称为值，英文翻译为value，人们总是通过key找到value。key和 value都可以是任何引用类型的数据。Map中的key不允许重复，也就是说同一个Map对象中的任何两个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。程序员在访问Map集合时，总是通过指定key来获取相应的value。需要注意：原则上在Map集合中key-value的存储顺序与其进入集合的顺序并不相同，这个特点跟Set集合是一样的。正因为Map集合有key和value两组值，因此在给Map集合加上泛型时，需要同时指定key和value的类型参数，在官方的定义中，key的类型参数名为K，而value的类型参数名为V。​

Map接口定义了很多方法，这些方法大多数都是用来操作集合元素的，如表13-8所示。​

表13-8 Map接口的方法​

Map接口中定义了一个Entry内部接口，Entry表示key-value对，Entry接口中定义了用来操作一个键值对的方法，如表13-9所示。​

表13-9 Entry接口的方法​

Map接口有很多实现类，它们的特点和性能各不相同，本小节将详细讲解这些Map实现类的特点和使用方式。​

13.5.1类和Hashtable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，它从JDK 1.0起就已经出现了，它出现时Java还没有提供Map接口，因此它包含了一些Map所没有的方法。Hashtable和HashMap有以下两个区别：​

• Hashtable是线程安全的，而HashMap是线程不安全的，所以HashMap比Hashtable的性能高一点，但如果有多个线程访问同一个 Map对象时，使用Hashtable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异常，但 HashMap可以使用null作为key或 value ​

由于HashMap中的key不能重复，所以HashMap里最多只有一个key为null，但可以有任意多个value为null。下面【例13_15】以HashMap为例展示了Map集合的特点。​

【例13_15 Map集合的特点】

Exam13_15.java​

import java.util.*;
public class Exam13_15 {
    public static void main(String[] args) {
        Map<String,String> map = new HashMap<String,String>();//成对放入多个key-value对
        map.put("张三", "13800009999");
        map.put("李四", "13655556666");
        map.put("王五", "15522223333");
        System.out.println("map中的键值对：" + map);
        map.put("李四", "15899996666");//放入重复的key
        System.out.println("更新后的map：" + map);
        System.out.println("map中是否包含值为\"张三\"的key: " + map.containsKey("张三"));
        System.out.print("是否包含值为\"15899996666\"的value: ");
        System.out.println(map.containsValue("15899996666"));
        //通过遍历key获取所有键值对
        System.out.println("遍历map：");
        for(String key:map.keySet()){
            System.out.println(key+"："+map.get(key));
        }
        map.remove("张三");//删除key为张三的键值对
        System.out.println("删除张三后的map："+map);
    }
}

在本例的程序中可以看到：创建Map集合对象时，如果指定类型参数，必须对key和value都做出指定。【例13_15】的运行结果如图13-21所示。​

图13-21【例13_15】运行结果​

从图13-21可以很明显的看出：向Map集合中添加key-value对时，如果集合中已经有了相同的key，那么新的value会覆盖旧的value。此外还可以看出：Map集合中key-value的存储顺序与其进入集合的顺序并不相同。​

需要注意：HashMap和Hashtable在执行containsValue()方法时需要判断参数提供的value是否与集合中的某个value相同，判断过程中并不会参考value的哈希码值，只调用equals()方法进行判断。如果使用可变类的对象作为HashMap和Hashtable的key，并且程序修改了作为key的可变类对象，则也可能出现无法准确访问到Map中被修改过的key的情况，这与修改HashSet中元素后访问不到该元素的原理相同。​

13.5.2 LinkedHashMap类

HashSet有一个LinkedHashSet子类，HashMap也有一个LinkedHashMap子类。LinkedHashMap也使用双向链表来维护key-value对的次序，因此集合中key-value对的存储顺序与它们加入集合的顺序是一样的。由于LinkedHashMap需要维护元素的插入顺序，因此性能略低于HashMap，但因为它以链表来维护内部顺序，所以在迭代访问Map里的全部元素时有较好的性能。下面的【例13_16】展示了迭代输出LinkedHashMap的效果。​

【例13_16 LinkedHashMap类的使用】

Exam13_16.java​

import java.util.*;
public class Exam13_16 {
    public static void main(String[] args) {
        LinkedHashMap<String,String> map = new LinkedHashMap<String,String>();
        map.put("张三", "13800009999");
        map.put("李四", "13655556666");
        map.put("王五", "15522223333");
        System.out.println("map中的键值对：" );
        map.forEach((key,value)-> System.out.println(key+"="+value));
    }
}

【例13_16】的程序中使用forEach()方法遍历集合，forEach()方法的参数类型是BiConsumer，它是一个函数式接口，因此可以用Lambda表达式来表示它的匿名实现类对象。BiConsumer中定义了一个accept()抽象方法，这个方法有两个参数，程序员只要实现处理这两个参数的过程即可。本例中以map中的key和value作为accept()方法的参数，对它们的操作是同时输出key和value，并在它们之间以=作为间隔【例13_16】的运行结果如图13-22所示。​

图13-22【例13_16】运行结果​

从图13-22可以很明显看出：key-value对在集合中的顺序与它们加入集合的顺序是完全一致的。​

13.5.3 Properties类

Properties是Hashtable的子类，它常被用于存储配置文件的内容。配置文件有很多中，某些配置文件中的信息就是以key-value对的形式存储的。Properties是Hashtable的子类，所以其数据也是按照key-value对的形式存储的，因此Properties对象用于存储配置文件的内容非常合适。属性文件中的信息都属于字符串，为了与之相适应Properties类的key和value也都是字符串类型。Properties定义了一套属于自身的操作元素的方法，除此之外，由于Properties是专门用来存储配置文件的内容，所以它还定义了一些读写文件的方法，Properties类所定义的方法如表13-10所示。​

表13-10 Properties类的方法​

下面的【例13_17】展示了如何使用Properties读写配置文件。​

【例13_17 Properties类的使用】​

Exam13_17.java​

import java.io.*;
import java.util.Properties;
public class Exam13_17 {
    public static void main(String[] args) {
        FileWriter fw = null;
        FileReader fr = null;
        try {
            Properties props = new Properties();
            fw = new FileWriter("D:/Exam13_17.ini");
            fr = new FileReader("D:/Exam13_17.ini");
            props.setProperty("size","255");
            props.setProperty("time","3h");
            props.setProperty("color","red");
            props.store(fw,"comments");//把Properties的内容写到配置文件中
            props.setProperty("rate","40");
            props.load(fr);//把配置文件中的内容加入Properties
            System.out.println("props中的内容："+props);
        }catch (IOException e){
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

当运行完程序后，可以在D盘根目录下看到生成了一个Exam13_17.ini文件，文件内容如图13-23所示。​

图13-23【例13_17】所生成的文件​

【例13_17】的运行结果如图13-24所示。​

图13-24【例13_17】运行结果​

从图13-24可以看出：Properties存储的key-value对的顺序与它们加入Properties的顺序并不一定一致，这也是很多Map集合都有的特点。​

13.5.4 TreeMap类

Map接口派生了SortMap子接口，这个子接口有一个实现类TreeMap，TreeMap存储key-value时根据key的值对元素进行排序，因此TreeSet中的元素是以key的值进行排列的。与TreeSet集合一样，TreeMap也有自然排序和定制排序两种方式。如果是自然排序，则要求key实现Comparable接口，并且所有存入TreeMap集合的key都必须是同一种类型，而如果是定制排序，需要借助Comparator接口的实现类对key进行排序，这一点与TreeSet集合的规则是一样的。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就认为这两个key是相等的。实际开发过程中，如果重写一个类的equals()方法和compareTo()方法时，应该让两个方法的返回结果保持意义上的一致性，也就是说：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()方法的返回结果意义不一致，TreeMap与Map接口的规则就会产生冲突。​

TreeMap提供了一系列以key顺序访问key-value对的方法。如表13-11所示。​

表13-11 TreeMap类的方法​

表13-11所列的这些方法看起来很复杂，其实它们都很简单，无非就是根据key的排序获得Map集合中的一个或一部分key或者是key-value对。下面的【例13_18】展示了TreeMap集合的特点。​

【例13_18 TreeMap类的使用】

Exam13_18.java​

import java.util.TreeMap;
public class Exam13_18 {
    public static void main(String[] args) {
        TreeMap tm = new TreeMap();
        tm.put(3,"张晓");
        tm.put(5,"李明");
        tm.put(2,"王红");
        tm.put(1,"赵翔");
        tm.put(4,"杨洋");
        System.out.println("tm中所有键值对："+tm);
        System.out.println("tm中第一个键值对："+tm. firstEntry ());
        System.out.println("tm中最后一个键值对："+tm.lastEntry());
        System.out.println("tm中最后一个键值对："+tm. lastKey ());
        System.out.println("tm中比2大的最小key："+tm.higherKey (2));
        System.out.println("tm中比3小的最大键值对："+tm. lowerEntry (3));
        System.out.println ("tm的子集合"+tm.subMap(2,4));
    }
}

【例13_18】的运行结果如图13-25所示。​

图13-25【例13_18】运行结果​

13.5.5 EnumMap类

EnumMap是一个专门与枚举类一起使用的Map实现类，EnumMap中的所有key都必须是某个枚举的枚举值。创建 EnumMap时必须指定它对应的枚举类型。EnumMap具有如下特征。​

• EnumMap在内部以数组形式保存，所以这种实现形式非常紧凑、高效​
• EnumMap以key的自然顺序，也就是枚举值在枚举中的定义顺序来维护key-value对的顺序​
• 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​

与创建普通的Map有所区别的是，创建EnumMap时必须指定一个枚举类，从而将该EnumMap和指定枚举类关联起来。下面的【例13_19】展示了EnumMap类的使用方法。​

【例13_19 EnumMap类的使用】

Exam19.java​

import java.util.EnumMap;
enum Season{
    SPRING,SUMMER,AUTUMN,WINTER
}
public class Exam13_19 {
    public static void main(String[] args) {
        //创建EnumMap时需要指定key的枚举类型
        EnumMap map = new EnumMap(Season.class);
        map.put(Season.AUTUMN,"秋凉");
        map.put(Season.SUMMER,"夏热");
        map.put(Season.SPRING,"春暖");
        map.put(Season.WINTER,"冬冷");
        System.out.println("map中的键值对："+map);
    }
}

【例13_19】的运行结果如图13-25所示。​

图13-25【例13_19】运行结果​

从图13-25可以看出：EnumMap中的key-value对以key在枚举中定义的顺序排序。​

13.5.6各种Map实现类性能分析

对于 Map的常用实现类而言，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，尤其在插入、删除 key-value对时更慢，因为TreeMap底层采用红黑树来管理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()方法在已排序的数组中快速地查询对象。​

对于一般的应用场景，程序应该多考虑使用因为HashMap底层其实也是采用数组来存储key-value对的。但如果程序需要一个总是排好序的Map时，则可以考虑使用TreeMap。​

LinkedHashMap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的存储速度最快，但它只能使用同一个枚举类的枚举值作为key，因此有一定局限性。

本文字版教程还配有更详细的视频讲解，小伙伴们可以​​点击这里​​观看。