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Java集合09 - Map架构

简介:集合是Java中非常重要而且基础的内容,因为任何数据必不可少的就是该数据是如何存储的,集合的作用就是以一定的方式组织、存储数据。

1. 概要

前面,我们已经系统的对List进行了学习。接下来,我们先学习Map,然后再学习Set;因为Set的实现类都是基于Map来实现的,如HashSet是通过HashMap实现的,TreeSet是通过TreeMap实现的。

首先,我们看看Map架构:

1.Map架构.png

  1. Map是映射接口,Map中存储的内容是键值对。
  2. AbstractMap是继承于Map的抽象类,它实现了Map中的大部分API。其它Map的实现类可以通过继承AbstractMap来减少重复编码。
  3. SortedMap是继承于Map的接口。SortedMap中的内容是排序的键值对,排序的方法是通过比较器Comparator。
  4. NavigableMap是继承于SortedMap的接口。相比于SortedMap,NavigableMap有一系列的导航方法;如获取大于 / 等于某对象的键值对、获取小于 / 等于某对象的键值对等等。
  5. TreeMap继承于AbstractMap,且实现了NavigableMap接口;因此,TreeMap中的内容是有序的键值对。
  6. HashMap继承于AbstractMap,但没实现NavigableMap接口;因此,HashMap的内容是键值对,但不保证次序。
  7. Hashtable虽然不是继承于AbstractMap,但它继承于Dictionary(Dictionary也是键值对的接口),而且也实现Map接口;因此,Hashtable的内容也是键值对,也不保证次序。但和HashMap相比,Hashtable是线程安全的,而且它支持通过Enumeration去遍历。
  8. WeakHashMap继承于AbstractMap。它和HashMap的键类型不同,WeakHashMap的键是弱键。

在对各个实现类进行详细之前,先来看看各个接口和抽象类的大致介绍。

2. Map

Map的定义如下:

  • public interface Map<K, V> { }
  • Map是一个键值对映射接口。Map映射中不能包含重复的键;每个键最多只能映射到一个值。
  • Map映射顺序。有些实现类,可以明确保证其顺序,如TreeMap;另一些映射实现则不保证顺序,如HashMap 类。
  • Map的实现类应该提供2个标准的构造方法:无参数构造方法用于创建空映射;带有单个Map 类型参数的构造方法,用于创建一个与其参数具有相同键值映射关系的新映射。实际上,后一个构造方法允许用户复制任意映射,生成所需类的一个等价映射。尽管无法强制执行此建议(因为接口不能包含构造方法),但是JDK中所有通用的映射实现都遵从它。

2.1. Map的API

  • 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()
  1. Map提供接口分别用于返回键集、值集或键值映射关系集。entrySet()用于返回键值集的Set集合,keySet()用于返回键集的Set集合,values()用户返回值集的Collection集合。因为Map中不能包含重复的键;每个键最多只能映射到一个值。所以,键值集、键集都是Set,值集是Collection。
  2. Map提供了键值对、根据键获取值、删除键、获取容量大小等方法。

2.2. Map.Entry

Map.Entry的定义如下:

  • interface Entry<K, V> { }

Map.Entry是Map中内部的一个接口,Map.Entry是键值对,Map通过entrySet()获取Map.Entry的键值对集合,从而通过该集合实现对键值对的操作。

2.2.1. Map.Entry的API

  • abstract boolean equals(Object object)
  • abstract K getKey()
  • abstract V getValue()
  • abstract int hashCode()
  • abstract V setValue(V object)

3. AbstractMap

AbstractMap的定义如下:

  • public abstract class AbstractMap<K, V> implements Map<K, V> {}

AbstractMap类提供Map接口的骨干实现,以最大限度地减少实现此接口所需的工作。要实现不可修改的映射,编程人员只需扩展此类并提供entrySet方法的实现即可,该方法将返回映射的映射关系Set视图。通常,返回的 Set将依次在AbstractSet上实现。此Set不支持add()remove()方法,其迭代器也不支持remove()方法。

要实现可修改的映射,编程人员必须另外重写此类的put方法(否则将抛出UnsupportedOperationException),entrySet().iterator()返回的迭代器也必须另外实现其 remove方法。

3.1. AbstractMap的API

  • abstract Set<Entry<K, V>> entrySet()
  • void clear()
  • boolean containsKey(Object key)
  • boolean containsValue(Object value)
  • boolean equals(Object object)
  • V get(Object key)
  • int hashCode()
  • boolean isEmpty()
  • Set<K> keySet()
  • V put(K key, V value)
  • void putAll(Map<? extends K, ? extends V> map)
  • V remove(Object key)
  • int size()
  • String toString()
  • Collection<V> values()
  • Object clone()

4. SortedMap

SortedMap的定义如下:

  • public interface SortedMap<K, V> extends Map<K, V> { }

SortedMap是一个继承于Map接口的接口。它是一个有序的SortedMap键值映射。SortedMap的排序方式有两种:自然排序或者用户指定比较器。 插入有序SortedMap的所有元素都必须实现Comparable接口(或者被指定的比较器所接受)。

另外,所有SortedMap实现类都应该提供4个标准构造方法:

  1. 无参数构造方法,它创建一个空的有序映射,按照键的自然顺序进行排序。
  2. 带有一个Comparator类型参数的构造方法,它创建一个空的有序映射,根据指定的比较器进行排序。
  3. 带有一个Map类型参数的构造方法,它创建一个新的有序映射,其键值映射关系与参数相同,按照键的自然顺序进行排序。
  4. 带有一个SortedMap类型参数的构造方法,它创建一个新的有序映射,其键值映射关系和排序方法与输入的有序映射相同。无法保证强制实施此建议,因为接口不能包含构造方法。

4.1. SortedMap的API

  • // 继承于Map的API
  • 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()
  • // SortedMap新增的API
  • abstract Comparator<? super K> comparator()
  • abstract K firstKey()
  • abstract SortedMap<K, V> headMap(K endKey)
  • abstract K lastKey()
  • abstract SortedMap<K, V> subMap(K startKey, K endKey)
  • abstract SortedMap<K, V> tailMap(K startKey)

5. NavigableMap

NavigableMap的定义如下:

  • public interface NavigableMap<K, V> extends SortedMap<K, V> { }

NavigableMap是继承于SortedMap的接口。它是一个可导航的键值对集合,具有了为给定搜索目标报告最接近匹配项的导航方法。NavigableMap分别提供了获取键、键值对、键集、键值对集的相关方法。

5.1. NavigableMap的API

  • abstract Entry<K, V> ceilingEntry(K key)
  • abstract Entry<K, V> firstEntry()
  • abstract Entry<K, V> floorEntry(K key)
  • abstract Entry<K, V> higherEntry(K key)
  • abstract Entry<K, V> lastEntry()
  • abstract Entry<K, V> lowerEntry(K key)
  • abstract Entry<K, V> pollFirstEntry()
  • abstract Entry<K, V> pollLastEntry()
  • abstract K ceilingKey(K key)
  • abstract K floorKey(K key)
  • abstract K higherKey(K key)
  • abstract K lowerKey(K key)
  • abstract NavigableSet<K> descendingKeySet()
  • abstract NavigableSet<K> navigableKeySet()
  • abstract NavigableMap<K, V> descendingMap()
  • abstract NavigableMap<K, V> headMap(K toKey, boolean inclusive)
  • abstract SortedMap<K, V> headMap(K toKey)
  • abstract SortedMap<K, V> subMap(K fromKey, K toKey)
  • abstract NavigableMap<K, V> subMap(K fromKey, boolean fromInclusive, K toKey, boolean toInclusive)
  • abstract SortedMap<K, V> tailMap(K fromKey)
  • abstract NavigableMap<K, V> tailMap(K fromKey, boolean inclusive)

NavigableMap除了继承SortedMap的特性外,它的提供的功能可以分为4类:

  1. 提供操作键-值对的方法。lowerEntryfloorEntryceilingEntryhigherEntry方法,它们分别返回与小于、小于等于、大于等于、大于给定键的键关联的 Map.Entry 对象。firstEntrypollFirstEntrylastEntrypollLastEntry方法,它们返回或移除最小和最大的映射关系(如果存在),否则返回 null。
  2. 提供操作键的方法。这个和第1类比较类似。lowerKeyfloorKeyceilingKeyhigherKey方法,它们分别返回与小于、小于等于、大于等于、大于给定键的键。
  3. 获取键集。navigableKeySetdescendingKeySet分别获取正序 / 反序的键集。
  4. 获取键值对的子集。

6. Dictionary

Dictionary的定义如下:

  • public abstract class Dictionary<K, V> {}

NavigableMap是JDK 1.0定义的键值对的接口,它也包括了操作键值对的基本函数。

6.1. Dictionary的API

  • abstract Enumeration<V> elements()
  • abstract V get(Object key)
  • abstract boolean isEmpty()
  • abstract Enumeration<K> keys()
  • abstract V put(K key, V value)
  • abstract V remove(Object key)
  • abstract int size()