java集合框架系列---Map接口

Map接口

　HashMap 是基于“拉链法”实现的散列表。一般用于单线程程序中。

　　Hashtable 也是基于“拉链法”实现的散列表。它一般用于多线程程序中。

　　WeakHashMap 也是基于“拉链法”实现的散列表，它一般也用于单线程程序中。相比HashMap，WeakHashMap中的键是“弱键”，当“弱键”被GC回收时，它对应的键值对也会被从WeakHashMap中删除；而HashMap中的键是强键。

　　TreeMap 是有序的散列表，它是通过红黑树实现的。它一般用于单线程中存储有序的映射。

HashMap和Hashtable比较

相同点

1）都是存储“键值对(key-value)”的散列表，而且都是采用拉链法实现的。

存储的思想都是：通过table数组存储，数组的每一个元素都是一个Entry；而一个Entry就是一个单向链表，Entry链表中的每一个节点就保存了key-value键值对数据。

2）添加key-value键值对：首先，根据key值计算出哈希值，再计算出数组索引(即，该key-value在table中的索引)。然后，根据数组索引找到Entry(即，单向链表)，再遍历单向链表，将key和链表中的每一个节点的key进行对比。若key已经存在Entry链表中，则用该value值取代旧的value值；若key不存在Entry链表中，则新建一个key-value节点，并将该节点插入Entry链表的表头位置。

3）删除key-value键值对：删除键值对，相比于“添加键值对”来说，简单很多。首先，还是根据key计算出哈希值，再计算出数组索引(即，该key-value在table中的索引)。然后，根据索引找出Entry(即，单向链表)。若节点key-value存在与链表Entry中，则删除链表中的节点即可。

不同点

1）继承和实现方式

HashMap和Hashtable都实现了Map、Cloneable、java.io.Serializable接口。

实现了Map接口，意味着它们都支持key-value键值对操作。支持“添加key-value键值对”、“获取key”、“获取value”、“获取map大小”、“清空map”等基本的key-value键值对操作。

实现了Cloneable接口，意味着它能被克隆。

实现了java.io.Serializable接口，意味着它们支持序列化，能通过序列化去传输。

HashMap继承于AbstractMap，而Hashtable继承于Dictionary

Dictionary是一个抽象类，它直接继承于Object类，没有实现任何接口。Dictionary类是JDK 1.0的引入的。虽然Dictionary也支持“添加key-value键值对”、“获取value”、“获取大小”等基本操作，但它的API函数比Map少；而且 Dictionary一般是通过Enumeration(枚举类)去遍历，Map则是通过Iterator(迭代器)去遍历。 然而‘由于Hashtable也实现了Map接口，所以，它即支持Enumeration遍历，也支持Iterator遍历。 AbstractMap是一个抽象类，它实现了Map接口的绝大部分API函数；为Map的具体实现类提供了极大的便利。

线程安全不同

Hashtable的几乎所有函数都是同步的，即它是线程安全的，支持多线程。

HashMap的函数则是非同步的，它不是线程安全的。若要在多线程中使用HashMap，需要我们额外的进行同步处理。 对HashMap的同步处理可以使用Collections类提供的synchronizedMap静态方法，或者直接使用JDK 5.0之后提供的java.util.concurrent包里的ConcurrentHashMap类。

对null值的处理不同

HashMap的key、value都可以为null。

Hashtable的key、value都不可以为null。

HashMap中添加key value：将“key为null”键值对添加到table[0]位置：

// 将“key-value”添加到HashMap中
public V put(K key, V value) {
// 若“key为null”，则将该键值对添加到table[0]中。
if (key == null)
return putForNullKey(value);
// 若“key不为null”，则计算该key的哈希值，然后将其添加到该哈希值对应的链表中。
int hash = hash(key.hashCode());
int i = indexFor(hash, table.length);
for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) {
Object k;
// 若“该key”对应的键值对已经存在，则用新的value取代旧的value。然后退出！
if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {
V oldValue = e.value;
e.value = value;
e.recordAccess(this);
return oldValue;
}
}

// 若“该key”对应的键值对不存在，则将“key-value”添加到table中
modCount++;
addEntry(hash, key, value, i);
return null;
}

// putForNullKey()的作用是将“key为null”键值对添加到table[0]位置
private V putForNullKey(V value) {
for (Entry<K,V> e = table[0]; e != null; e = e.next) {
if (e.key == null) {
V oldValue = e.value;
e.value = value;
// recordAccess()函数什么也没有做
e.recordAccess(this);
return oldValue;
}
}
// 添加第1个“key为null”的元素都table中的时候，会执行到这里。
// 它的作用是将“设置table[0]的key为null，值为value”。
modCount++;
addEntry(0, null, value, 0);
return null;
}

Hashtable中添加key和value：

// 将“key-value”添加到Hashtable中
public synchronized V put(K key, V value) {
// Hashtable中不能插入value为null的元素！！！
if (value == null) {
throw new NullPointerException();
}

// 若“Hashtable中已存在键为key的键值对”，
// 则用“新的value”替换“旧的value”
Entry tab[] = table;
// Hashtable中不能插入key为null的元素！！！
// 否则，下面的语句会抛出异常！
int hash = key.hashCode();
int index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;
for (Entry<K,V> e = tab[index] ; e != null ; e = e.next) {
if ((e.hash == hash) && e.key.equals(key)) {
V old = e.value;
e.value = value;
return old;
}
}

// 若“Hashtable中不存在键为key的键值对”，
// (01) 将“修改统计数”+1
modCount++;
// (02) 若“Hashtable实际容量” > “阈值”(阈值=总的容量 * 加载因子)
//  则调整Hashtable的大小
if (count >= threshold) {
// Rehash the table if the threshold is exceeded
rehash();

tab = table;
index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;
}

// (03) 将“Hashtable中index”位置的Entry(链表)保存到e中 Entry<K,V> e = tab[index];
// (04) 创建“新的Entry节点”，并将“新的Entry”插入“Hashtable的index位置”，并设置e为“新的Entry”的下一个元素(即“新Entry”为链表表头)。
tab[index] = new Entry<K,V>(hash, key, value, e);
// (05) 将“Hashtable的实际容量”+1
count++;
return null;
}

==》

Hashtable的key或value，都不能为nu
dca8
ll！否则，会抛出异常NullPointerException。

HashMap的key、value都可以为null。 当HashMap的key为null时，HashMap会将其固定的插入table[0]位置(即HashMap散列表的第一个位置)；而且table[0]处只会容纳一个key为null的值，当有多个key为null的值插入的时候，table[0]会保留最后插入的value。

支持的遍历种类不同

HashMap只支持Iterator(迭代器)遍历。

而Hashtable支持Iterator(迭代器)和Enumeration(枚举器)两种方式遍历。

Enumeration 是JDK 1.0添加的接口，只有hasMoreElements(), nextElement() 两个API接口，不能通过Enumeration()对元素进行修改 。

Iterator 是JDK 1.2才添加的接口，支持hasNext(), next(), remove() 三个API接口。HashMap也是JDK 1.2版本才添加的，所以用Iterator取代Enumeration，HashMap只支持Iterator遍历。

通过Iterator迭代器遍历时，遍历的顺序不同

HashMap是“从前向后”的遍历数组；再对数组具体某一项对应的链表，从表头开始进行遍历。

Hashtabl是“从后往前”的遍历数组；再对数组具体某一项对应的链表，从表头开始进行遍历。

容量的初始值 和 增加方式都不一样

HashMap默认的容量大小是16；增加容量时，每次将容量变为“原始容量x2”。

Hashtable默认的容量大小是11；增加容量时，每次将容量变为“原始容量x2 + 1”。

添加key-value时的hash值算法不同

HashMap添加元素时，是使用自定义的哈希算法。

// 若“key不为null”，则计算该key的哈希值，然后将其添加到该哈希值对应的链表中。
12     int hash = hash(key.hashCode());

Hashtable没有自定义哈希算法，而直接采用的key的hashCode()。

int hash = key.hashCode();

部分API不同

Hashtable支持contains(Object value)方法，而且重写了toString()方法；

而HashMap不支持contains(Object value)方法，没有重写toString()方法。

HashMap和WeakHashMap异同

相同点

1 它们都是散列表，存储的是“键值对”映射。

2 它们都继承于AbstractMap，并且实现Map基础。

3 它们的构造函数都一样。

它们都包括4个构造函数，而且函数的参数都一样。

4 默认的容量大小是16，默认的加载因子是0.75。

5 它们的“键”和“值”都允许为null。

6 它们都是“非同步的”。

不同点

1 HashMap实现了Cloneable和Serializable接口，而WeakHashMap没有。

HashMap实现Cloneable，意味着它能通过clone()克隆自己。

HashMap实现Serializable，意味着它支持序列化，能通过序列化去传输。

2 HashMap的“键”是“强引用(StrongReference)”，而WeakHashMap的键是“弱引用(WeakReference)”。

WeakReference的“弱键”能实现WeakReference对“键值对”的动态回收。当“弱键”不再被使用到时，GC会回收它，WeakReference也会将“弱键”对应的键值对删除。

这个“弱键”实现的动态回收“键值对”的原理呢？其实，通过WeakReference(弱引用)和ReferenceQueue(引用队列)实现的。 首先，我们需要了解WeakHashMap中：

第一，“键”是WeakReference，即key是弱键。

第二，ReferenceQueue是一个引用队列，它是和WeakHashMap联合使用的。当弱引用所引用的对象被垃圾回收，Java虚拟机就会把这个弱引用加入到与之关联的引用队列中。 WeakHashMap中的ReferenceQueue是queue。

第三，WeakHashMap是通过数组实现的，我们假设这个数组是table。

接下来，说说“动态回收”的步骤。

(01) 新建WeakHashMap，将“键值对”添加到WeakHashMap中。

将“键值对”添加到WeakHashMap中时，添加的键都是弱键。

实际上，WeakHashMap是通过数组table保存Entry(键值对)；每一个Entry实际上是一个单向链表，即Entry是键值对链表。

(02) 当某“弱键”不再被其它对象引用，并被GC回收时。在GC回收该“弱键”时，这个“弱键”也同时会被添加到queue队列中。

例如，当我们在将“弱键”key添加到WeakHashMap之后；后来将key设为null。这时，便没有外部外部对象再引用该了key。

接着，当Java虚拟机的GC回收内存时，会回收key的相关内存；同时，将key添加到queue队列中。

(03) 当下一次我们需要操作WeakHashMap时，会先同步table和queue。table中保存了全部的键值对，而queue中保存被GC回收的“弱键”；同步它们，就是删除table中被GC回收的“弱键”对应的键值对。

例如，当我们“读取WeakHashMap中的元素或获取WeakReference的大小时”，它会先同步table和queue，目的是“删除table中被GC回收的‘弱键’对应的键值对”。删除的方法就是逐个比较“table中元素的‘键’和queue中的‘键’”，若它们相当，则删除“table中的该键值对”。