Java Map接口

Java Map接口

Map接口是Java集合框架中用于存储键值对(key-value pairs)的核心接口，它表示一组唯一的键到值的映射关系。与Collection接口不同，Map不继承自Collection，而是自成体系的独立接口。

基本特性

• 键唯一性：每个键最多映射一个值（不允许重复键）
• 无序性：大多数实现不保证元素的顺序（LinkedHashMap除外）
• 允许null值：HashMap和LinkedHashMap允许一个null键和多个null值
• 非线程安全：基础实现不是线程安全的（可使用Collections.synchronizedMap包装）

核心实现类

Java提供了多个Map接口的实现类，主要区别在于：

• HashMap：基于哈希表的实现（最常用）
• LinkedHashMap：保持插入顺序或访问顺序
• TreeMap：基于红黑树，按键的自然顺序或Comparator排序
• Hashtable：线程安全的遗留类（不推荐新代码使用）
• ConcurrentHashMap：线程安全的高性能实现

classDiagram Map <|-- HashMap Map <|-- LinkedHashMap Map <|-- TreeMap Map <|-- Hashtable Map <|-- ConcurrentHashMap class Map { <<interface>> +put(K key, V value) +get(Object key) +remove(Object key) +keySet() +values() +entrySet() }

常用方法

以下是Map接口的核心方法：

方法签名	描述
V put(K key, V value)	添加键值对，返回旧值（如无则返回null）
V get(Object key)	获取指定键对应的值
V remove(Object key)	删除指定键的映射
boolean containsKey(Object key)	检查是否包含指定键
boolean containsValue(Object value)	检查是否包含指定值
Set<K> keySet()	返回所有键的Set视图
Collection<V> values()	返回所有值的Collection视图
Set<Map.Entry<K,V>> entrySet()	返回所有键值对的Set视图

基础示例

以下示例展示HashMap的基本操作：

import java.util.HashMap;
import java.util.Map;

public class MapExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建Map
        Map<String, Integer> ageMap = new HashMap<>();
        
        // 添加元素
        ageMap.put("Alice", 25);
        ageMap.put("Bob", 30);
        ageMap.put("Charlie", 28);
        
        // 获取元素
        System.out.println("Alice's age: " + ageMap.get("Alice")); // 输出: 25
        
        // 遍历键值对
        for (Map.Entry<String, Integer> entry : ageMap.entrySet()) {
            System.out.println(entry.getKey() + ": " + entry.getValue());
        }
        
        // 检查键是否存在
        System.out.println("Contains key 'Bob': " + ageMap.containsKey("Bob")); // 输出: true
    }
}

输出：

Alice's age: 25
Alice: 25
Bob: 30
Charlie: 28
Contains key 'Bob': true

实现类比较

特性	HashMap	LinkedHashMap	TreeMap	Hashtable	ConcurrentHashMap
无 | 插入/访问顺序 | 键排序 | 无 | 无
允许 | 允许 | 不允许（如使用自然排序） | 不允许 | 不允许
否 | 否 | 否 | 是 | 是
O(1)平均 | O(1)平均 | O(log n) | O(1)平均 | O(1)平均

实际应用案例

场景：统计文本中单词出现的频率

import java.util.HashMap;
import java.util.Map;

public class WordFrequencyCounter {
    public static void main(String[] args) {
        String text = "hello world hello java world map";
        String[] words = text.split(" ");
        
        Map<String, Integer> frequencyMap = new HashMap<>();
        
        for (String word : words) {
            frequencyMap.merge(word, 1, Integer::sum);
        }
        
        System.out.println(frequencyMap);
    }
}

输出：

{world=2, java=1, map=1, hello=2}

高级特性

视图集合

Map提供三种集合视图：

• keySet()：所有键的Set视图
• values()：所有值的Collection视图
• entrySet()：所有键值对的Set视图（最常用遍历方式）

Java 8新增方法

• getOrDefault()：安全获取值
• putIfAbsent()：不存在时才放入
• compute()/computeIfPresent()/computeIfAbsent()：条件计算
• merge()：合并值（如上例所示）
• forEach()：简化遍历

示例：

Map<String, Integer> map = new HashMap<>();
map.put("a", 1);

// Java 8方法示例
System.out.println(map.getOrDefault("b", 0)); // 输出: 0
map.putIfAbsent("a", 100); // 不会替换现有值
map.compute("a", (k, v) -> v + 10); // a的值变为11
map.forEach((k, v) -> System.out.println(k + " -> " + v));

性能考虑

• 初始容量：HashMap默认初始容量为16，负载因子0.75
• 扩容代价：当元素数量达到(容量×负载因子)时自动扩容
• 优化建议：预估大小时指定初始容量避免频繁扩容
• 线程安全选择：

 * 单线程：HashMap
 * 高并发读：ConcurrentHashMap
 * 遗留系统：Hashtable

常见问题

Q: HashMap和Hashtable的主要区别？

• HashMap非线程安全，允许null键值；Hashtable线程安全，不允许null键值

Q: 如何选择Map实现？

• 需要快速访问：HashMap
• 需要保持插入顺序：LinkedHashMap
• 需要排序：TreeMap
• 需要线程安全：ConcurrentHashMap

Q: 为什么Map不继承Collection接口？

• 因为Map表示键值对集合，而Collection表示单元素集合，语义不同

总结

Java Map接口提供了强大的键值对存储能力，是日常开发中最常用的数据结构之一。理解不同实现类的特性及适用场景，能够帮助开发者编写更高效的代码。对于现代Java开发，建议优先使用HashMap（单线程）或ConcurrentHashMap（多线程），并充分利用Java 8引入的新方法简化代码。