Java 面试系列：集合详解之 Map + 面试题

集合有两个大接口：Collection 和 Map，本文重点来讲解集合中另一个常用的集合类型 Map。

以下是 Map 的继承关系图：

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Map 简介

Map 常用的实现类如下：

• Hashtable：Java 早期提供的一个哈希表实现，它是线程安全的，不支持 null 键和值，因为它的性能不如 ConcurrentHashMap，所以很少被推荐使用。
• HashMap：最常用的哈希表实现，如果程序中没有多线程的需求，HashMap 是一个很好的选择，支持 null 键和值，如果在多线程中可用 ConcurrentHashMap 替代。
• TreeMap：基于红黑树的一种提供顺序访问的 Map，自身实现了 key 的自然排序，也可以指定 Comparator 来自定义排序。
• LinkedHashMap：HashMap 的一个子类，保存了记录的插入顺序，可在遍历时保持与插入一样的顺序。

Map 常用方法

常用方法包括：put、remove、get、size 等，所有方法如下图：

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使用示例，请参考以下代码：

Map hashMap = new HashMap();
// 增加元素
hashMap.put("name", "老王");
hashMap.put("age", "30");
hashMap.put("sex", "你猜");
// 删除元素
hashMap.remove("age");
// 查找单个元素
System.out.println(hashMap.get("age"));
// 循环所有的 key
for (Object k : hashMap.keySet()) {
    System.out.println(k);
}
// 循环所有的值
for (Object v : hashMap.values()) {
    System.out.println(v);
}

以上为 HashMap 的使用示例，其他类的使用也是类似。

HashMap 数据结构

HashMap 底层的数据是数组被成为哈希桶，每个桶存放的是链表，链表中的每个节点，就是 HashMap 中的每个元素。在 JDK 8 当链表长度大于等于 8 时，就会转成红黑树的数据结构，以提升查询和插入的效率。

HashMap 数据结构，如下图：

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HashMap 重要方法

1）添加方法：put(Object key, Object value)

执行流程如下：

• 对 key 进行 hash 操作，计算存储 index；
• 判断是否有哈希碰撞，如果没碰撞直接放到哈希桶里，如果有碰撞则以链表的形式存储；
• 判断已有元素的类型，决定是追加树还是追加链表，当链表大于等于 8 时，把链表转换成红黑树；
• 如果节点已经存在就替换旧值；
• 判断是否超过阀值，如果超过就要扩容。

源码及说明：

public V put(K key, V value) {
    // 对 key 进行 hash()
    return putVal(hash(key), key, value, false, true);
}
static final int hash(Object key) {
    int h;
  // 对 key 进行 hash() 的具体实现
    return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
}
final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,
               boolean evict) {
    Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, i;
    // tab为空则创建
    if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
        n = (tab = resize()).length;
    // 计算 index，并对 null 做处理
    if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
        tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
    else {
        Node<K,V> e; K k;
        // 节点存在
        if (p.hash == hash &&
            ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
            e = p;
        // 该链为树
        else if (p instanceof TreeNode)
            e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
        // 该链为链表
        else {
            for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
                if ((e = p.next) == null) {
                    p.next = newNode(hash, key, value, null);
                    if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st
                        treeifyBin(tab, hash);
                    break;
                }
                if (e.hash == hash &&
                    ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                    break;
                p = e;
            }
        }
        // 写入
        if (e != null) { // existing mapping for key
            V oldValue = e.value;
            if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
                e.value = value;
            afterNodeAccess(e);
            return oldValue;
        }
    }
    ++modCount;
    // 超过load factor*current capacity，resize
    if (++size > threshold)
        resize();
    afterNodeInsertion(evict);
    return null;
}

put() 执行流程图如下：

enter image description here