三、Map
先来讲一下Map，Map和Collection完全不是一个系列的，按理说讲完Collection的List，应该接着讲Collection的Set，但是因为Set中很多实现是基于Map来实现的，所以将Map提前。Map是一个接口，存储内容是键值对key-value，键不可重复。
1.HashMap
AbstractMap是实现Map接口的抽象类，HashMap继承于AbstractMap。
Map的API:(JDK1.8版本新增较多，为25个详见 https://docs.oracle.com/javase/8/docs/api/index.html)
abstract void clear()
abstract boolean containsKey(Object key)
abstract boolean containsValue(Object value)
abstract Set<Entry<K, V>> entrySet()
abstract boolean equals(Object object)
abstract V get(Object key)
abstract int hashCode()
abstract boolean isEmpty()
abstract Set<K> keySet()
abstract V put(K key, V value)
abstract void putAll(Map<? extends K, ? extends V> map)
abstract V remove(Object key)
abstract int size()
abstract Collection<V> values()AbstractMap的API只比Map新增了两个方法：
String toString()
Object clone()Map.Entry是Map类的静态接口，其API为 ：
abstract boolean equals(Object object)
abstract K getKey()
abstract V getValue()
abstract int hashCode()
abstract V setValue(V object)HashMap是线程不安全的，其key和value都可以是null。此外，HashMap不是有序的映射(什么是有序? 2019.1.1补：遍历的顺序和插入的顺序无直接关系)。
(1)HashMap成员域
HashMap基本成员域有：
transient Node<K,V>[] table;
transient Set<Map.Entry<K,V>> entrySet;
transient int size;
transient int modCount;
int threshold;
final float loadFactor;table即为实现hashmap的核心，数组的每个元素是Node类型，本质上是一个链表，用于存储键值对。JDK7以下的table可以用下图来表示原理：
size是存储键值对的个数，loadfactor称为装载因子，默认为0.75，threshold=capacity*loadfactor，如果size大于阈值threshold就要进行扩容，而容量一般是2的幂数。因此loadfactor作用是为了使哈希中的存储更加均匀，减小冲突。显而易见的是，如果想节省存储空间，那么loadfactor应该设置的大一点(记住减少扩容就很好理解了)，若想提高查询效率，loadfactor应该设置的大一点。
Note：桶的数量即为capacity。
(2)HashMap的构造函数
HashMap共有四种构造函数：
public HashMap()public HashMap(int initialCapacity)public HashMap(int initialCapacity,float loadFactor)public HashMap(Map<? extends K,? extends V> m)HashMap默认设置容量capacity为16，而装载因子loadfactor为0.75，也可以按照上面构造函数自定义。
详细的构造函数如下面的代码：
/**
* Constructs an empty <tt>HashMap</tt> with the specified initial
* capacity and load factor.
*
* @param initialCapacity the initial capacity
* @param loadFactor the load factor
* @throws IllegalArgumentException if the initial capacity is negative
* or the load factor is nonpositive
*/
public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {
if (initialCapacity < 0)
throw new IllegalArgumentException("Illegal initial capacity: " +
initialCapacity);
if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY)
initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY;
if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor))
throw new IllegalArgumentException("Illegal load factor: " +
loadFactor);
this.loadFactor = loadFactor;
this.threshold = tableSizeFor(initialCapacity);
}
/**
* Constructs an empty <tt>HashMap</tt> with the specified initial
* capacity and the default load factor (0.75).
*
* @param initialCapacity the initial capacity.
* @throws IllegalArgumentException if the initial capacity is negative.
*/
public HashMap(int initialCapacity) {
this(initialCapacity, DEFAULT_LOAD_FACTOR);
}
/**
* Constructs an empty <tt>HashMap</tt> with the default initial capacity
* (16) and the default load factor (0.75).
*/
public HashMap() {
this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR; // all other fields defaulted
}
/**
* Constructs a new <tt>HashMap</tt> with the same mappings as the
* specified <tt>Map</tt>. The <tt>HashMap</tt> is created with
* default load factor (0.75) and an initial capacity sufficient to
* hold the mappings in the specified <tt>Map</tt>.
*
* @param m the map whose mappings are to be placed in this map
* @throws NullPointerException if the specified map is null
*/
public HashMap(Map<? extends K, ? extends V> m) {
this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR;
putMapEntries(m, false);
}HashMap Construct Functions
(3)“拉链法"
众所周知，哈希冲突的时候最经典的处理方法有再哈希和拉链法，HashMap采用的正是后者。这次我们来详细探讨以下拉链法相关的内容。
Node的数据结构
static class Node<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
final int hash;
final K key;
V value;
Node<K,V> next;
Node(int hash, K key, V value, Node<K,V> next) {
this.hash = hash;
this.key = key;
this.value = value;
this.next = next;
}
public final K getKey() { return key; }
public final V getValue() { return value; }
public final String toString() { return key + "=" + value; }
public final int hashCode() {
return Objects.hashCode(key) ^ Objects.hashCode(value);
}
public final V setValue(V newValue) {
V oldValue = value;
value = newValue;
return oldValue;
}
public final boolean equals(Object o) {
if (o == this)
return true;
if (o instanceof Map.Entry) {
Map.Entry<?,?> e = (Map.Entry<?,?>)o;
if (Objects.equals(key, e.getKey()) &&
Objects.equals(value, e.getValue()))
return true;
}
return false;
}
}Class Node
可以看出Node不过是一个单链表，值得注意的是该链表的数据域中有一个hash的整型变量，代表该节点的哈希值。还有一个hashCode()方法，我决定和插入一起讲解可能效果会好一些。
(4)HashMap的插入put()方法
来看put()方法的源码：
public V put(K key, V value) {
return putVal(hash(key), key, value, false, true);
}接着来看hash()方法和putVal的源码：
final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,
boolean evict) {
Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, i;
if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
n = (tab = resize()).length;
if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
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;
else if (p instanceof TreeNode)
e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
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;
}
}
if (e != null) { // existing mapping for key
V oldValue = e.value;
if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
e.value = value;
afterNodeAccess(e);
return oldValue;
}
}
++modCount;
if (++size > threshold)
resize();
afterNodeInsertion(evict);
return null;
}static final int hash(Object key) {
int h;
return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
}上面代码量极少，效率极高，令人咂舌。(h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16)这行代码代表计算出key的hashCode()之后把高16位和低16位进行异或操作（相同结果为0，不同结果为1）得到新元素(姑且将一个键值对称为一个元素)的hash值
高低16位的异或操作，图片来源见图水印然后开始执行putVal()方法，一定详细来看，首先是第一个if语句
if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
n = (tab = resize()).length;
final Node<K,V>[] resize() {
Node<K,V>[] oldTab = table;
int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length;
int oldThr = threshold;
int newCap, newThr = 0;
if (oldCap > 0) {
if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) {
threshold = Integer.MAX_VALUE;
return oldTab;
}
else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY &&
oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)
newThr = oldThr << 1; // double threshold
}
else if (oldThr > 0) // initial capacity was placed in threshold
newCap = oldThr;
else { // zero initial threshold signifies using defaults
newCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY;
newThr = (int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY);
}
if (newThr == 0) {
float ft = (float)newCap * loadFactor;
newThr = (newCap < MAXIMUM_CAPACITY && ft < (float)MAXIMUM_CAPACITY ?
(int)ft : Integer.MAX_VALUE);
}
threshold = newThr;
@SuppressWarnings({"rawtypes","unchecked"})
Node<K,V>[] newTab = (Node<K,V>[])new Node[newCap];
table = newTab;
if (oldTab != null) {
for (int j = 0; j < oldCap; ++j) {
Node<K,V> e;
if ((e = oldTab[j]) != null) {
oldTab[j] = null;
if (e.next == null)
newTab[e.hash & (newCap - 1)] = e;
else if (e instanceof TreeNode)
((TreeNode<K,V>)e).split(this, newTab, j, oldCap);
else { // preserve order
Node<K,V> loHead = null, loTail = null;
Node<K,V> hiHead = null, hiTail = null;
Node<K,V> next;
do {
next = e.next;
if ((e.hash & oldCap) == 0) {
if (loTail == null)
loHead = e;
else
loTail.next = e;
loTail = e;
}
else {
if (hiTail == null)
hiHead = e;
else
hiTail.next = e;
hiTail = e;
}
} while ((e = next) != null);
if (loTail != null) {
loTail.next = null;
newTab[j] = loHead;
}
if (hiTail != null) {
hiTail.next = null;
newTab[j + oldCap] = hiHead;
}
}
}
}
}
return newTab;
}resize function
(tab=table) == null是什么概念？经过简单的实验可以知道，这句代码将table赋值给tab，然后判断这个值是否等于null?然后返回相应的boolean值，也就是说如果现有table是null或者tab的长度为0时，（注意！是先执行或语句前面的部分给tab赋值，之后或语句后面才有意义）则执行resize()操作扩容，也意味着HashMap中没有任何元素，虽然暂时不清楚两个条件有什么区别？
if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
tab[i] = newNode(hash, key, value, null);有了前面图中的基础之后，可以知道，(n-1) & hash找出将要插入的下标并赋值给i，这个桶中如果没有任何元素，或者说这个地方链表还没形成，那么直接new一个新的节点放在这个位置，而且没有后续节点，如下是newNode()方法的代码：
Node<K,V> newNode(int hash, K key, V value, Node<K,V> next) {
return new Node<>(hash, key, value, next);
}接着来：
else {
Node<K,V> e; K k;
if (p.hash == hash &&
((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
e = p;否则判断这个元素的key是否已经存在，如果是将首元素赋值给e.
else if (p instanceof TreeNode)
e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);判断p是否是树节点，如果是将e申请一个新的树节点，这也是HashMap1.8的主要改变，即如果链表过长时，就会从链表转换为红黑树(之后新开详细讲解)。
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;
}若p不是树节点，意味着仍是链表存储，此时需要遍历链表，查看新增节点后是否超过TREEIFY_THRESHOLD，也即树化的阈值，默认为8.如果超过，就调用treeifyBin进行树化，将链表转为红黑树的形式存储，提高查找效率。
if (e.hash == hash &&
((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
break;
p = e;
}
}这段怎么看着有点熟悉，没错，这里是遍历链表时发现有和新元素key重复的情况，跳出循环，而最后的p = e其实困惑了我一段时间，实际上这里是为了遍历的一部分，类似于p = p.next使链表向前推进。
if (e != null) { // existing mapping for key
V oldValue = e.value;
if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
e.value = value;
afterNodeAccess(e);
return oldValue;
}
}这里代表已经存在key的映射，将新的value值赋给此节点。
++modCount;
if (++size > threshold)
resize();
afterNodeInsertion(evict);
return null;
}modCount的含义一两句话解释不清楚，大致可以理解为集合被修改的次数，而如果插入后新的size已经大于阈值，那么扩容。
(4)HashMap的使用
插入、覆盖现象以及使用iterator进行遍历。
public static void main(String [] args)
{
HashMap hm=new HashMap ();
hm.put("20142480135","武一鸣");
hm.put("20142480136","张三");
hm.put("20142480135","李四");
Iterator it= hm.entrySet().iterator();
while(it.hasNext())
{
java.util.Map.Entry entry= (java.util.Map.Entry)it.next();
String key=(String) entry.getKey();
String value=(String) entry.getValue();
System.out.println("the key is "+key+" and the value is "+value);
}
}
直接打印、键值对个数、删除以及keySet()和values()方法
System.out.println("Map:"+hm);
System.out.println("the size is "+hm.size());
hm.remove("20142480135");
hm.put("20142480137","王五");
Iterator it1= hm.keySet().iterator(); //keySet()返回Set对象
while(it1.hasNext())
{
String key=(String)it1.next();
System.out.println("the key is "+key);
}
Iterator it2= hm.values().iterator(); //values()返回Collection对象
while(it2.hasNext())
{
String values=(String)it2.next();
System.out.println("the value is "+values);
}
此外，clear()、isEmpty()方法不言而喻。分别是清空和判断是否为空。
get(Object key)返回对应的value值，如果没有这个key返回null。
containsKey(Object key)和containsValue(Object value)均返回boolean值，判断是否包含该键或该值。
