Java学习苦旅（二十二）——Map&Set

本篇博客将详细讲解Map和Set。

搜索

概念

Map和set是一种专门用来进行搜索的容器或者数据结构，其搜索的效率与其具体的实例化子类有关。以前常见的搜索方式有：

1. 直接遍历，时间复杂度为O(N)，元素如果比较多效率会非常慢

2. 二分查找，时间复杂度为O(log(N))，但搜索前必须要求序列是有序的

上述排序比较适合静态类型的查找，即一般不会对区间进行插入和删除操作了，而现实中的查找比如：

1. 根据姓名查询考试成绩

2. 通讯录，即根据姓名查询联系方式

3. 不重复集合，即需要先搜索关键字是否已经在集合中

可能在查找时进行一些插入和删除的操作，即动态查找，那上述两种方式就不太适合了，本节介绍的Map和Set是一种适合动态查找的集合容器。

模型

一般把搜索的数据称为关键字（Key），和关键字对应的称为值（Value），将其称之为Key-value的键值对，所以模型会有两种：

1. 纯key模型，例如：

• 有一个英文词典，快速查找一个单词是否在词典中

• 快速查找某个名字在不在通讯录中

2. Key-Value模型，比如：

• 统计文件中每个单词出现的次数，统计结果是每个单词都有与其对应的次数：<单词，单词出现的次数>

• 梁山好汉的江湖绰号：每个好汉都有自己的江湖绰号

而Map中存储的就是key-value的键值对，Set中只存储了Key。

Map

Map是一个接口类，该类没有继承自Collection，该类中存储的是<K,V>结构的键值对，并且K一定是唯一的，不能重复。

Map.Entry<K, V>

Map.Entry<K, V>是Map内部实现的用来存放<key, value>键值对映射关系的内部类，该内部类中主要提供了<key, value>的获取，value的设置以及Key的比较方式。

方法	解释
K getKey()	返回entry中的key
V getValue()	返回entry中的value
V setValue(V value)	将键值对中的value替换为指定value

Map的常用方法说明

方法	解释
V get(Object key)	返回key对应的value
V getOrDefault(Object key, V defaultValue)	返回key对应的value，key不存在，返回默认值
V put(K key, V value)	设置key对应的value
V remove(Object key)	删除key对应的映射关系
Set<K> keySet()	返回所有key的不重复集合
Collection<V> values()	返回所以value的可重复集合
Set<Map.Entry<K,V>> entrySet()	返回所有的key-value映射关系
boolean containsKey(Object key)	判断是否包含key
boolean containsValue(Object value)	判断是否包含value

示例代码

public static void main(String[] args) {
    Map<String,Integer> map = new HashMap<>();
    map.put("abc",3);
    map.put("def",2);
    map.put("hello",4);//存储元素的时候，要注意key如果相同，value的值会被覆盖
    System.out.println(map);
    int ret = map.get("def");
    System.out.println(ret);
    System.out.println(map.getOrDefault("lmn",10));
    Integer ret2 = map.remove("def");
    System.out.println(ret2);
    System.out.println(map);   System.out.println("==========================");
    Set<String> set = map.keySet();//通过key获取对应的value值
    System.out.println(set);
    System.out.println("==========================");
    Set<Map.Entry<String,Integer>> entrySet = map.entrySet();
    for (Map.Entry<String,Integer> entry : entrySet) {
        System.out.println(entry.getKey()+"->"+entry.getValue());
    }
}

执行结果为

注意：

1. Map是一个接口，不能直接实例化对象，如果要实例化对象只能实例化其实现类TreeMap或者HashMap。

2. Map中存放键值对的Key是唯一的，value是可以重复的。

3. 在Map中插入键值对时，key不能为空，否则就会抛NullPointerException异常，但是value可以为空。

4. Map中的Key可以全部分离出来，存储到Set中来进行访问(因为Key不能重复)。

5. Map中的value可以全部分离出来，存储在Collection的任何一个子集合中(value可能有重复)。

6. Map中键值对的Key不能直接修改，value可以修改，如果要修改key，只能先将该key删除掉，然后再来进行重新插入。

TreeMap和HashMap的区别

Map底层结构	TreeMap	HashMap
底层结构	红黑树	哈希桶
插入/删除/查找的时间复杂度	O(log(N))	O(1)
是否有序	关于Key有序	无序
线程安全	不安全	不安全
插入/删除/查找的区别	需要进行元素比较	通过哈希函数计算哈希地址
比较与覆写	key必须能够比较，否则会抛出ClassCastException异常	自定义类型需要覆写equals和hashCode方法
应用场景	需要Key有序场景下	Key是否有序不关心，需要更高的时间性能

Set

Set与Map主要的不同有两点：Set是继承自Collection的接口类，Set中只存储了Key。

常用方法说明

方法	解释
boolean add(E e)	添加元素，但重复元素不会被添加成功
void clear()	清空集合
boolean contains(Object o)	判断o是否在集合中
Iterator<E> interator()	返回迭代器
boolean remove(Object o)	删除集合中的o
int size()	返回set中元素的个数
boolean isEmpty()	检测set是否为空，空返回true，否则返回false
Object[] toArray()	将set中的元素转换为数组返回
boolean containsAll(Collection<?> c)	集合c中的元素是否在set中全部存在，是返回true，否则返回false
boolean addAll(Collection<? extends E> c)	将集合c中的元素添加到set中，可以达到去重的效果

示例代码

public static void main(String[] args) {
    Set<Integer> set = new HashSet<>();
    set.add(1);
    set.add(2);
    set.add(3);
    System.out.println(set);
    Iterator<Integer> iterator = set.iterator();
    while (iterator.hasNext()) {
        System.out.println(iterator.next());
    }
}

执行结果为

注意：

1. Set是继承自Collection的一个接口类。

2. Set中只存储了key，并且要求key一定要唯一。

3. Set的底层是使用Map来实现的，其使用key与Object的一个默认对象作为键值对插入到Map中的。

4. Set最大的功能就是对集合中的元素进行去重。

5. 实现Set接口的常用类有TreeSet和HashSet，还有一个LinkedHashSet，LinkedHashSet是在HashSet的基础上维护了一个双向链表来记录元素的插入次序。

6. Set中的Key不能修改，如果要修改，先将原来的删除掉，然后再重新插入。

7. Set中不能插入null的key。

TreeSet和HashSet的区别

Set底层结构	TreeSet	HashSet
底层结构	红黑树	哈希桶
插入/删除/查找时间复杂度	O(log(N))	O(1)
是否有序	关于Key有序	不一定有序
线程安全	不安全	不安全
插入/删除/查找区别	按照红黑树的特性来进行插入和删除	1.先计算Key哈希地址。2.然后进行插入和删除
比较与覆写	Key必须能够比较，否则会抛出ClassCastException异常	自定义类型需要覆写equals和hashCode方法
应用场景	需要Key有序场景下	Key是否有序不关心，需要更高的时间性能

结尾

本篇博客到此结束。
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