Map—HashMap的底层实现原理—TreeMap两种添加方式（自然排序和定值排序）

一、Map的实现类的结构：

|----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；线程不安全的，效率高；存储null的key和value jdk1.2
    |----LinkedHashMap:保证在遍历map元素时，可以按照添加的顺序实现遍历。jdk1.4
        原因：在原有的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:保证按照添加的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 jdk1.2
        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 jdk1.0
    |----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 （jdk7及之前）
数组+链表+红黑树 （jdk 8）

面试题：

1. HashMap的底层实现原理？
2. HashMap 和 Hashtable的异同？
3. CurrentHashMap 与 Hashtable的异同？

二、Map结构的理解：

Map中的key:无序的、不可重复的，使用Set存储所有的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存储所有的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存储所有的entry

三、HashMap的底层实现原理？以jdk7为例说明：

HashMap map = new HashMap():
在实例化以后，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。

jdk8 相较于jdk7在底层实现方面的不同：

• new HashMap():底层没有创建一个长度为16的数组

• jdk 8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

• jdk7底层结构只有：数组+链表。jdk8中底层结构：数组+链表+红黑树。
  4.1 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）
  4.2 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。

  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（扩容是长度大于等于临界值且添加的元素的位置不为空，才进行扩容）
  TREEIFY_THRESHOLD：Bucket中链表长度大于该默认值，转化为红黑树:8
  MIN_TREEIFY_CAPACITY：桶中的Node被树化时最小的hash表容量:64

[什么时候扩容？]

• Arrarylist当大于数组最大长度的时候才扩容
• HashMap:长度大于等于临界值且添加的元素的位置不为空就扩容，，为什么要提前扩容？，，为什么等数组满了再进行扩容？
  因为：HashMap在存储元素的时候不是顺序存储，根据哈希散列表存储，有些位置可能一直都是空的，，为什么提前扩容，尽可能的让HashMap中的链表少一些（可以让加载因子尽可能的小一点，那么数组的利用率就很低了。加载因子要找到一个恰当的值，既要保证数组的利用率，还要控制链表的长度，加载因子=0.75较为合适）

四，LinkedHashMap的底层实现原理（了解）

继承了HashMap
重写了newNode()方法

源码中：

    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);
        }
    }

HashSet的底层存储源码

new HashSet()
放在Set 中的元素相当于Map中的key，，value是PRESENT
底层源码

//创建对象
    public HashSet() {   
        map = new HashMap<>();
    }
//添加元素
    public boolean add(E e) {
        return map.put(e, PRESENT)==null;
    }

    private static final Object PRESENT = new Object();

五，Map中定义的方法

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，不存在返回null
   void clear()：清空当前map中的所有数据

   public void clear() {
       Node<K,V>[] tab;
       modCount++;
       if ((tab = table) != null && size > 0) {
           size = 0;
           for (int i = 0; i < tab.length; ++i)
               tab[i] = null;
       }
   }

2. 元素查询的操作：
   Object get(Object key)：获取指定key对应的value,不存在返回null
   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

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

4. 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()

@Test
    public void test03(){
        Map hashMap = new HashMap();
        hashMap.put("12321","真好");
        hashMap.put("12","真好");
        hashMap.put("BB","非常好");
        hashMap.put("12","真好13213213");

        //keySet():遍历所有的key集;
        Set set = hashMap.keySet();
        Iterator iterator = set.iterator();
        while (iterator.hasNext()){
            Object next = iterator.next();
            System.out.print(next);
            System.out.println(hashMap.get(next));//通过key获取value
        }
        System.out.println("********************");

        //values(): 遍历所有的value集合
        Collection values = hashMap.values();
        Iterator iterator1 = values.iterator();
        while (iterator1.hasNext()){
            System.out.println(iterator1.next());
        }

        System.out.println("********************");
        //entrySet(): 遍历所有的key-value
        Set set1 = hashMap.entrySet();
        Iterator iterator2 = set1.iterator();
        while (iterator2.hasNext()){
            System.out.println(iterator2.next());
        }
    }

输出结果：

BB非常好
12真好13213213
12321真好

非常好
真好13213213
真好

BB=非常好
12=真好13213213
12321=真好

Process finished with exit code 0

TreeMap两种添加方式（自然排序和定值排序）:

TreeSet和TreeMap底层存储是红黑树

向TreeMap中添加key-value，要求key必须是由同一个类创建的对象
因为要按照key进行排序：自然排序 、定制排序
只能对Key进行排序，不能对value排序

package com.guo.map;

import org.junit.Test;

import java.util.*;

public class TreeMapTest {
    @Test
    public void test01(){
        Map 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;
                    //按照姓名升序
                    int i = u1.getName().compareTo(u2.getName());
                    if (i==0){
                        //按照年龄升序
                        return  Integer.compare(u1.getAge(),u2.getAge());
                    }
                    return i;
                }
                throw new RuntimeException("数据类型不一致！");
            }
        });
        User u1 = new User("Tom",35);
        User u2 = new User("Jerry",14);
        User u3 = new User("Jack",21);
        User u4 = new User("Rose",18);
        User u5 = new User("A",8);
        User u6 = new User("A",9);
        map.put(u1,100);
        map.put(u2,85);
        map.put(u3,59);
        map.put(u4,61);
        map.put(u5,89);
        map.put(u6,89);

        Set set = map.entrySet();
        Iterator iterator = set.iterator();
        while (iterator.hasNext()){
            System.out.println(iterator.next());
        }
    }
}

输出结果

User{name=‘A’, age=8}=89
User{name=‘A’, age=9}=89
User{name=‘Jack’, age=21}=59
User{name=‘Jerry’, age=14}=85
User{name=‘Rose’, age=18}=61
User{name=‘Tom’, age=35}=100

Map实现类之五：Properties

• Properties类是Hashtable的子类，该对象用于处理配置文件
• 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

public class PropertiesTest {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //Properties:常用来处理配置文件，key和value都是String类型
        Properties prop = new Properties();
        FileInputStream fis = new FileInputStream("jdbc.properties");
        prop.load(fis); //加载流对应的文件
        String name = prop.getProperty("name");
        String password = prop.getProperty("password");
        System.out.println("name="+name+",password="+password);
    }
}

解决读取配置文件后输出中文乱码问题