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Java集合框架之Set和Map詳解

 更新時間:2021年12月21日 08:51:34   作者:morning~  
大家好,本篇文章主要講的是Java集合框架之Set和Map詳解,感興趣的同學(xué)趕快來看一看吧,對你有幫助的話記得收藏一下,方便下次瀏覽

Set接口

set接口等同于Collection接口,不過其方法的行為有更嚴(yán)謹(jǐn)?shù)亩x。set的add方法不允許增加重復(fù)的元素。要適當(dāng)?shù)囟xset的equals方法:只要倆個set包含同樣的元素就認(rèn)為它們是相同的,而不要求這些元素有相同的順序。hashCode方法的定義要保證包含相同元素的倆個set會得到相同的散列碼。
——Java核心技術(shù) 卷一

public interface Set<E> extends Collection<E> {
    //一些方法
}

set不允許包含相同的元素,如果調(diào)用 add 方法來添加倆個相同的元素,那么在添加第二個元素時就會返回 false。這個接口有倆個比較常用的實(shí)現(xiàn)類:HashSet,TreeSet。HashSet是一個沒有重復(fù)元素的一個無序集合,而TreeSet是一個有序集。

在這里插入圖片描述

HashSet

HashSet 使用數(shù)組和鏈表來實(shí)現(xiàn)散列表,不同 hashcode 的值存放在不同數(shù)組下標(biāo)的位置,相同 hashcode 的值存放在相同數(shù)組下標(biāo)的鏈表上的不同位置上。

public class HashSet<E>
    extends AbstractSet<E>
    implements Set<E>, Cloneable, java.io.Serializable{
    //一些方法
}

HashSet類中有四個構(gòu)造方法:

public HashSet()   //構(gòu)造一個空的散列集
public HashSet(Collection<? extends E> c) //構(gòu)造一個散列集,并將集合中的所有元素添加到這個散列集中
public HashSet(int initialCapacity, float loadFactor) //構(gòu)造一個有指定容量和裝填因子的空散列集
public HashSet(int initialCapacity)  //構(gòu)造一個指定容量的空散列集

現(xiàn)在讓我們來看一下add方法的源碼:

public boolean add(E e) {
    return map.put(e, PRESENT)==null;
}

可以看到這里面是調(diào)用了 map.put() 方法,map 在HashSet中的聲明如下:

private transient HashMap<E,Object> map;

由此可見HashSet和HashMap有很緊密的聯(lián)系。

HashSet的底層是用一個HashMap來實(shí)現(xiàn)的。HashSet再添加時如何擴(kuò)容問題在下文HashMap中再詳細(xì)介紹。

散列表

Java中,散列表用鏈表,數(shù)組實(shí)現(xiàn)。也就可以這么理解,在數(shù)組不同索引位置上放的是一個鏈表,要想查找表中對象的位置,要先計算它的散列碼,然后與數(shù)組長度取余,所得到的結(jié)果就是保存這個元素的索引。在保存對象時,通過這個計算方式得到了索引位置,如果這個位置沒有其他元素,那就將元素直接插入到該位置就好了,如果這個位置已經(jīng)有其他元素了,那么需要將這個新的對象與已有的對象進(jìn)行比較,查看這個對象是否已經(jīng)存在。如果不存在就在鏈表的末尾存儲這個對象。

TreeSet

public class TreeSet<E> extends AbstractSet<E>
    implements NavigableSet<E>, Cloneable, java.io.Serializable{
    //一些方法
}

樹集是一個有序集合,可以以任意順序?qū)⒃夭迦爰现小?/p>

[外鏈圖片轉(zhuǎn)存失敗,源站可能有防盜鏈機(jī)制,建議將圖片保存下來直接上傳(img-LmJuZcAV-1639916281542)(C:\Users\DELL\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\1639904244362.png)]

TreeSet排序是用一個紅黑樹完成的,每次將一個元素添加到樹中時,都會將其放置到正確的排序位置上。由于樹集時有序的,所以將一個元素添加到樹中要比添加到散列表中慢,所以如果不需要數(shù)據(jù)是有序的,就沒必要為了排序而影響性能。

它也有四個構(gòu)造函數(shù):

public TreeSet()  //構(gòu)造一個空的樹集,排序方式是自然排序
public TreeSet(Comparator<? super E> comparator)  //構(gòu)造一個空樹集,指定比較器,就是排序方式
public TreeSet(Collection<? extends E> c)   //構(gòu)造一個樹集,并將集合中的所有元素添加到這個樹集中
public TreeSet(SortedSet<E> s)     //構(gòu)造一個樹集,并增加一個集合或者有序集中的所有元素,如果是有序集的話,要使用同樣的順序。

上面提到的自然排序是用元素的 compareTo() 方法來比較元素的大小關(guān)系(比如你存入v,b,a,就會輸出a,b,v),然后將集合元素按照升序排列。

Map接口

集是一個集合,允許你快速的查找現(xiàn)有的元素。但是要查找一個元素,需要有所要查找的那個元素的準(zhǔn)確副本。這不是一種常見的查找方式。通常,我們知道某些關(guān)鍵信息,希望查找與之關(guān)聯(lián)的元素。映射(map)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)就是為此設(shè)計的。映射用來存放鍵 / 值對。如果提供了鍵,就可以查找到值。
——Java核心技術(shù)

public interface Map<K,V> {
	int size();  //返回映射中的元素數(shù)
    V get(Object key);  //返回指定鍵對應(yīng)的值
    V remove(Object key); //從映射中刪除指定鍵對應(yīng)的元素。
}

Java為映射提供了倆個通用的實(shí)現(xiàn):HashMap和TreeMap

HashMap

public class HashMap<K,V> extends AbstractMap<K,V>
    implements Map<K,V>, Cloneable, Serializable {
    
}

實(shí)現(xiàn)了Map接口,存儲的內(nèi)容是鍵值對(key-value)映射,將鍵進(jìn)行散列,散列或比較函數(shù)只應(yīng)用于鍵,與鍵相關(guān)的值不進(jìn)行散列或比較。

HashMap底層的結(jié)構(gòu)是,散列表(數(shù)組和鏈表)和紅黑樹

[外鏈圖片轉(zhuǎn)存失敗,源站可能有防盜鏈機(jī)制,建議將圖片保存下來直接上傳(img-oi9ZErOs-1639916281543)(C:\Users\DELL\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\1639910918514.png)]

我用反射的方式輸出了這個map的容量,可以看到如果使用無參的構(gòu)造方法,那么map的容量默認(rèn)為16。我們也可以通過傳參的方式,來指定它的容量,值的一提的是,你指定的容量,一定要為 2 的冪次方,且要小于 int 范圍內(nèi)最大的 2 的冪次方數(shù)(1073741824)。

//指定容量
HashMap<String,String> map = new HashMap<String, String>(8);

這個構(gòu)造方法還是調(diào)用了下面的這個構(gòu)造方法,只是把默認(rèn)的負(fù)載因子值傳進(jìn)去了:

put方法,直接看源碼:

public V put(K key, V value) {
    return putVal(hash(key), key, value, false, true);
}

調(diào)用put方法后,會根據(jù)鍵值來計算一個值(位置),然后調(diào)用putVal來存放元素。

final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,
                   boolean evict) {
    Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, i;
    //hash表為空或者長度為0的話,創(chuàng)建hash表
    if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
        n = (tab = resize()).length;//resize()HashMap擴(kuò)容的方法
    if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
        //如果位置上沒有元素,就加進(jìn)去,成為鏈表的頭結(jié)點(diǎn)
        tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
    else {
        Node<K,V> e; K k;
        if (p.hash == hash &&
            ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
            e = p;
        //如果這個值的類型為樹結(jié)構(gòu)的話,就直接添加到樹中,不會判斷是否超過8
        else if (p instanceof TreeNode)
            e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
        else {
            //binCount鏈表的長度
            for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
                if ((e = p.next) == null) {
                    //如果鏈表不為空,就往下一個節(jié)點(diǎn)添加
                    p.next = newNode(hash, key, value, null);
                    //如果這個鏈表的長度大于8,就會轉(zhuǎn)為紅黑樹存儲
                    if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) 
                        treeifyBin(tab, hash);
                    break;
                }
                if (e.hash == hash &&
                    ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                    break;
                p = e;
            }
        }
        //如果該鍵已經(jīng)有映射關(guān)系的話,用這次的值覆蓋掉之前的值
        if (e != null) { // existing mapping for key
            V oldValue = e.value;
            if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
                e.value = value;
            afterNodeAccess(e);
            return oldValue;
        }
    }
    ++modCount;
    //如果里面的元素超過 threshold 的話就擴(kuò)容
    if (++size > threshold)
        resize();
    afterNodeInsertion(evict);
    return null;
}

通過代碼中的注釋,相信你已經(jīng)初步了解了 put 方法,總的來說就是添加時首先是用 k 通過哈希函數(shù)計算位置,位置上如果沒有元素添加在鏈表的頭結(jié)點(diǎn),如果有插入到鏈表的下一個節(jié)點(diǎn),當(dāng)鏈表的長度為大于等于8時,轉(zhuǎn)為紅黑樹存儲,如果該鍵已經(jīng)有映射關(guān)系的話,用這次的值覆蓋掉之前的值,最后判斷要不要擴(kuò)容。如果要擴(kuò)容,會擴(kuò)容為原來容量的2倍。這樣效率會高一些,也可以減少哈希沖突。

負(fù)載因子

上文中我們提到了負(fù)載因子,那么負(fù)載因子是什么呢?

負(fù)載因子也叫裝填因子,是一個0.0~1.0之間的數(shù),確定散列表填充的百分比,當(dāng)大于這個百分比時,散列表進(jìn)行再散列。在map中,也就是說,當(dāng)put的元素數(shù)量超過一定值的時候,就會擴(kuò)容,這個值就是負(fù)載因子*容量。

HashMap中的負(fù)載因子默認(rèn)是0.75:

static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;

就是說如果map中的元素超過容量的3/4就要進(jìn)行擴(kuò)容。

那么為什么這里要默認(rèn)為0.75呢?這了也是規(guī)定了一個相對合理的值,如果為 1 的話效率太低,滿了之后才擴(kuò)容;如果為0.5的話,浪費(fèi)空間。所以選了一個居中的值。

TreeMap

public class TreeMap<K,V>
    extends AbstractMap<K,V>
    implements NavigableMap<K,V>, Cloneable, java.io.Serializable{
    
}

它沒有實(shí)現(xiàn)Map接口是因?yàn)锳bstractMap實(shí)現(xiàn)了Map接口,TreeMap是一個能比較元素大小的Map集合,可以對 key 值進(jìn)行大小排序。其中,可以使用自然順序,也可以使用集合中自定義的比較器來進(jìn)行排序。底層是紅黑樹結(jié)構(gòu)。

TreeMap中運(yùn)用到的紅黑樹結(jié)構(gòu),是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的一種,相關(guān)知識太多,大家感興趣的話可以在網(wǎng)上查閱資料(博主對樹結(jié)構(gòu)的理解不是很透徹????)。

到此這篇關(guān)于Java集合框架之Set和Map詳解的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Java集合內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家!

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