Java集合框架（五）—— Map、HashMap、Hashtable、Properties、SortedMap、TreeMap、WeakHashMap、IdentityHashMap、EnumMap

• Map

　　Map用于保存具有映射关系的数据，因此Map集合里保存着两组值，一组值用于保存Map里的key，另一组值用于保存Map里的value，key和value都可以是任何引用类型的数据。Map的key不容许重复，即同一个Map对象的任何两个key通过equals方法比较总是返回false。

　　key和value之间存在单向一对一关系，即通过指定的key，总能找到唯一的、确定的value。从Map中取出数据时，只要给出指定的key，就可以取出对应的value。

　　如果把Map里的所有key放在一起看，它们就是一个Set集合，实际上Map确实包含一个keySet()方法，用于返回Map所有key组成的Set集合。如下：

public class Test {
    public static void main(String[] args){
        Map<String, String> mapVal = new HashMap<String, String>();
        mapVal.put("spring", "春");
        mapVal.put("summer", "夏");
        mapVal.put("autumn", "秋");
        mapVal.put("winter", "冬");
        //获取mapVal集合的所有key值
        Set<String> set = mapVal.keySet();
        Iterator<String> it = set.iterator();
        while(it.hasNext()){
            String season = it.next();
            System.out.println(season);
        }
    }
}

　　不仅如此，Map里key集合和Set集合里元素的存储形式也很像，Map子类和Set子类在名字上也惊人的相似：如Set接口下有HashSet、LinkedHashSet、SortedSet(接口)、TreeSet、EnumSet等实现类和子接口,而Map接口下则有HashMap、LinkedHashMap、SortedMap(接口)、TreeMap、EnumMap等实现类和子接口。正如它们名字所暗示的，Map的这些实现类和子接口中key集存储形式和对应Set集合中元素的存储形式完全相同。

　　如果把Map所有value放在一起看，它们又非常类似于一个List：元素与元素之间可以重复，每个元素可以根据索引来查找，只是map中的索引不再使用整数值，而是以另一个对象做为索引。如果需要从List集合中取元素，需要提供该元素的数字索引；如果需要从Map中取出元素，需要提供该元素的key索引。因此，Map有时也被称为字典，或关联数组。Map接口中定义了如下常用方法：

1. void clear();　　//删除该Map对象中所有key-value对。
2. boolean containsKey(Object key);        //查询Map中是否包含指定key，如果包含则返回true。
3. boolean containsValue(Object value);   //查询Map中是否包含一个或多个value，如果包含则返回true。
4. Set entrySet();        //返回Map中所包含的key-value对所组成的Set集合，每个集合元素都是Map.Entry(Entry是Map的内部类)对象。
5. Object get(Object key);        //返回指定key所对应的value，如果此Map不包含该key，则返回null。
6. boolean isEmpty();            //查询该Map集合是否为空(即不包含任何key-value对)，如果为空则返回true。
7. Set keySet();      //返回该Map中所有key所组成的Set集合。
8. Object put(Object key, Object value);       //添加一个key-value对，如果当前Map中已有一个与key相等的key-value对，则新的key-value对会覆盖原来的key-value对。
9. void putAll(Map m);        //将指定Map中的key-value对复制到本Map中。
10. Object remove(Object key);　　      //删除指定key所对应的key-value对，返回被删除key所关联的value，如果key不存在，返回nul
11. int size();            //返回该Map里的key-value对的个数。
12. Collection values();     //返回该Map里所有value组成的Collection。

　　Map中包含一个内部类：Entry。该类封装了一个key-value对，Entry包含三个方法：

1. Object  getKey();　　//返回该Entry里包含的key值。
2. Object  getValue();   //返回该Entry里包含的value值。
3. Object  setValue(V value);  //设置该Entry里包含的value值，并返回新设置的value值。

　我们可以把Map理解成一个特殊的Set，只是该Set里包含的集合元素是Entry对象，而不是普通对象。

如下为Entry示例：

public class Test {
    public static void main(String[] args){
        Map<String, String> mapVal = new HashMap<String, String>();
        mapVal.put("spring", "春");
        mapVal.put("summer", "夏");
        mapVal.put("autumn", "秋");
        mapVal.put("winter", "冬");
        Set<Entry<String, String>> entrySet = mapVal.entrySet();
        Iterator<Entry<String, String>> iterator = entrySet.iterator();
        while(iterator.hasNext()){
            Entry<String, String> next = iterator.next();
            String key = next.getKey();
            String value = next.getValue();
            System.out.println("key:"+ key +"-------value:" + value);
        }
    }
}

•  HashMap和Hashtable实现类

　　HashMap和Hashtable都是Map接口的典型实现类，他们之间的关系完全类似于ArrayList和Vector的关系：Hashtable是一个古老的Map实现类，它从JDK1.0起就已经出现了，当它出现时，Java没有提供Map接口，所以它包含了两个繁琐的方法：elements()（类似于Map接口定义的values()方法）和keys(类似于Map接口定义的keySet()方法)，现在很少使用这两个方法。

　　HashMap和Hashtable的两点典型区别：

　　Hashtable是一个线程安全的Map实现，但HashMap是线程不安全的实现，所以HashMap比Hashtable性能要高一点；但如果有多条线程访问同一个Map对象时，使用Hashtable实现类会更好。

　　Hashtable不容许使用null作为key和value，如果试图把null放进Hashtable中，将会引发NullPointerException异常；但HashMap可以使用null做为key和value。

　　注意：与Vector类似，尽量少用Hashtable实现类，即使需要创建线程安全的Map实现类，也可以通过Collections工具类把HashMap变成线程安全的，无须使用Hashtable实现类。

　　为了成功地在HashMap、Hashtable中存储、获取对象，用作key的对象必须实现hashCode方法和equals方法。

　　与HashSet不能保证元素的顺序一样，HashMap和Hashtable也不能保证key-value对的顺序。类似于HashSet的是，HashMap、Hashtable判断两个key相等的标准也是：两个key通过equals方法比较返回true，两个key的hashCode值也相等。

　　除此之外，HashMap、Hashtable中还包含一个containsValue方法用于判断是否包含指定的value，那么HashMap、Hashtable如何判断两个value相等呢？HashMap、Hashtable判断两个value相等的标准更简单：只要两个对象通过equals比较返回true即可。 

• LinkedHashMap类　　

　　HashMap有一个子类：LinkedHashMap;LinkedHashMap也使用双向链表来维护key-value对的次序，该链表定义了迭代顺序，该迭代顺序与key-value对的插入顺序保持一致。LinkedHashMap可以避免需要对HashMap、Hashtable里的key-value对进行排序(只要插入key-value对时保持顺序即可)。同时又避免使用TreeMap所增加的成本。

　　LinkedHashMap需要维护元素的插入顺序，因此性能略低于HashMap的性能，但在迭代访问Map里的全部元素时将有很好的性能，因为它以链表来维护内部顺序。

public class Test {
    public static void main(String[] args){
        LinkedHashMap<String, String> mapVal = new LinkedHashMap<String, String>();
        mapVal.put("spring", "春");
        mapVal.put("summer", "夏");
        mapVal.put("autumn", "秋");
        mapVal.put("winter", "冬");
        System.out.println(mapVal);
        for(String str : mapVal.keySet()){
            System.out.println("key:" + str);
            System.out.println("value:" + mapVal.get(str));
        }
    }
}

• Properties类

　　Properties类是Hashtable类的子类，正如它的名字所暗示的，该文件在处理属性文件。Properties类可以把Map对象和属性文件关联起来，从而可以把Map对象中的key-value对写入属性文件，也可以把属性文件中的属性名=属性值加载到Map对象中。由于属性文件里的属性名、属性值只能是字符串类型，所以Properties里的key、value都是字符串类型，该类提供了如下三个方法来修改Properties里的key、value值。

1. String  getProperty(String key);   //获取properties中指定属性名对应的属性值，类似于Map的get(Object key)方法。
2. String  getProperty(String key, String defaultValue);    //该方法与前一个方法基本相似，该方法多个功能，如果Properties中不存在指定key时，该方法返回默认值。
3. Object setProperty(String  key, String value);　　  //设置属性值，类似Hashtable的put方法。
4. void load(InputStream inStream);      //从属性文件(以输出流表示)中加载属性名=属性值，把加载到的属性名=属性值对追加到Properties里(由于Properties是Hashtable的之类，它不保证key-value对之间的次序)。
5. void store(OutputStream out, String comments);    //将Properties中的key-value对写入指定属性文件(以输出流表示)，comments是要写的注解。

　　如下代码所示：

public class Test {
    public static void main(String[] args){
        Properties readProperties = new Properties();  //用来写的Properties对象
        readProperties.setProperty("username", "zhangsan");
        readProperties.setProperty("password", "123456");
        Properties writeProperties = new Properties(); //用来读的Properties对象
        FileInputStream fileInputStream = null;
        FileOutputStream fileOutputStream = null;
        try {
            //1.1通过类装载器获取要存储的路径
            String path = Test.class.getResource("/").getPath();
                path = path +  "config.properties";
            System.out.println(path);
            fileOutputStream = new FileOutputStream(new File(path));
            //1.2将配置文件信息写到硬盘上
            readProperties.store(fileOutputStream, "This is config with database!");
            
            //2.1读取硬盘上的配置文件
            fileInputStream = new FileInputStream(new File(path));
            writeProperties.load(fileInputStream);
            String username = writeProperties.getProperty("username");
            String username2 = writeProperties.getProperty("username2" , "没有找到username2的key");
            //打印结果"sername:zhangsan"
            System.out.println("username:" + username);
            //打印结果"username2:没有找到username2的key"
            System.out.println("username2:" + username2);
        } catch (FileNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }finally{
            if(fileOutputStream != null){
                try {
                    fileOutputStream.close();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
        
    }
}

•  SortedMap接口和TreeMap实现类

　　正如Set接口派生出了SortedSet子接口，SortedSet接口有一个TreeSet实现类，Map接口也派生了一个SortedMap子接口，SortedMap也有一个TreeMap实现类。

　　与TreeSet类似的是，TreeMap也是基于红黑树对TreeMap中所有key进行排序，从而保证TreeMap中所有key-value对处于有序状态。TreeMap也有两种排序方式：

　　　　自然排序：TreeMap的所有key必须实现那Comparable接口，而且所有key应该是同一个类的对象，否则将会抛出ClassCaseException。

　　　　定制排序：创建TreeMap时，传入一个Comparator对象，该对象负责对TreeMap中所有key进行排序。采用定制排序时不要求Map的key实现Comparable接口。

　　*可以参考TreeSet的代码演示。

修饰符和类型	方法和描述
Map.Entry<K,V>	ceilingEntry(K key) 返回大于或等于给定键相关联的与最小键 - 值映射，或者null如果不存在这样的键。
K	ceilingKey(K key) 返回大于或等于给定键的最小键，或者null如果不存在这样的键。
void	clear() 从此映射中删除所有映射。
Object	clone() 返回此TreeMap实例的浅表副本。
Comparator<? super K>	comparator() 返回用于对此映射中的键进行排序的比较器，或者 null此映射使用其键的自然排序。
boolean	containsKey(Object key) true如果此映射包含指定键的映射，则返回。
boolean	containsValue(Object value) 返回true如果此映射将一个或多个键映射到指定值。
NavigableSet<K>	descendingKeySet() 返回NavigableSet此映射中包含的键的逆序视图。
NavigableMap<K,V>	descendingMap() 返回此映射中包含的映射的逆序视图。
Set<Map.Entry<K,V>>	entrySet() 返回Set此映射中包含的映射的视图。
Map.Entry<K,V>	firstEntry() 返回与此地图中最小键相关的键值映射，或者null地图为空。
K	firstKey() 返回此地图中当前第一个（最低）的键。
Map.Entry<K,V>	floorEntry(K key) 返回与最大键小于或等于给定键相关联的键 - 值映射，如果不存在这样的键，则返回null。
K	floorKey(K key) 返回小于或等于给定键的最大键，如果不存在这样的键返回null。
void	forEach(BiConsumer<? super K,? super V> action) 对此映射中的每个条目执行给定操作，直到处理完所有条目或操作抛出异常为止。
V	get(Object key) 返回指定键映射到的值，或者null此映射不包含键的映射。
SortedMap<K,V>	headMap(K toKey) 返回此映射的关键字严格小于的部分的视图toKey。
NavigableMap<K,V>	headMap(K toKey, boolean inclusive) 返回此映射关键字小于（或等于，如果inclusive为真）的部分的视图toKey。
Map.Entry<K,V>	higherEntry(K key) 返回与最小键相关的键 - 值映射严格大于给定键，或者null如果不存在这样的键。
K	higherKey(K key) 返回严格大于给定键的最小键，或者 null如果不存在这样的键。
Set<K>	keySet() 返回Set此映射中包含的键的视图。
Map.Entry<K,V>	lastEntry() 返回与此地图中最大键关联的键值映射，或者null映射为空。
K	lastKey() 返回此地图中当前最后一个（最高）的键。
Map.Entry<K,V>	lowerEntry(K key) 返回与最大键相关的键 - 值映射严格小于给定键，或者null如果没有这样的键。
K	lowerKey(K key) 返回最大的密钥严格小于给定的密钥，或者 null如果没有这样的密钥。
NavigableSet<K>	navigableKeySet() 返回NavigableSet此映射中包含的键的视图。
Map.Entry<K,V>	pollFirstEntry() 移除并返回与此地图中的最小键相关联的键值映射，或者null地图为空。
Map.Entry<K,V>	pollLastEntry() 移除并返回与此地图中最大键关联的键值映射，或者null地图为空。
V	put(K key, V value) 将指定的值与此映射中指定的键关联。
void	putAll(Map<? extends K,? extends V> map) 将指定地图中的所有映射复制到此地图。
V	remove(Object key) 如果存在，则从此TreeMap中移除此键的映射。
V	replace(K key, V value) 仅当指定键的条目映射到某个值时才替换该条目。
boolean	replace(K key, V oldValue, V newValue) 仅当当前映射到指定值时才替换指定键的条目。
void	replaceAll(BiFunction<? super K,? super V,? extends V> function) 用对该条目调用给定函数的结果替换每个条目的值，直到处理完所有条目或者该函数抛出异常。
int	size() 返回此映射中键值映射的数量。
NavigableMap<K,V>	subMap(K fromKey, boolean fromInclusive, K toKey, boolean toInclusive) 返回此键映射范围从0 fromKey到的部分视图 toKey。
SortedMap<K,V>	subMap(K fromKey, K toKey) 返回此映射部分的视图，其键范围从 fromKey（包含）到toKey独占。
SortedMap<K,V>	tailMap(K fromKey) 返回此映射的键大于或等于的部分的视图fromKey。
NavigableMap<K,V>	tailMap(K fromKey, boolean inclusive) 返回此映射关键字大于（或等于，如果inclusive为真）的部分的视图fromKey。
Collection<V>	values() 返回Collection此映射中包含的值的视图。

• WeakHashMap实现类

　　WeakHashMap与HashMap的用法基本相似。但与HashMap的区别在于，HashMap的key保留对象的强引用，这意味着只要该HashMap对象不被销毁，该HashMap对象所有key所引用的对象不会被垃圾回收，HashMap也不会自动删除这些key所对应的key-value对象；但WeakHashMap的key只保留对实际对象的弱引用，这意味着当垃圾回收了该key所对应的实际对象后，WeakHashMap会自动删除该key对应的key-value对。

public class Test {
    public static void main(String[] args){
        WeakHashMap<String, String> map = new WeakHashMap<String, String>();
            //将WeakHashMap中添加三个key-value对，
            //三个key都是匿名字符串对象(没有其他引用)
            map.put(new String("语文"), new String("优"));
            map.put(new String("数学"), new String("良"));
            map.put(new String("英语"), new String("中"));
            //将WeakHashMap中添加一个key-value对，
            //该key是一个系统缓存的字符串对象。
            map.put("java", new String("不及格"));
            //输出map对象，将看到4个key-value对{java=不及格, 数学=良, 英语=中, 语文=优}
            System.out.println(map);
            //通知系统立即进行垃圾回收
            System.gc();
            System.runFinalization();
            //通常情况下，将只看到一个key-value对{java=不及格}
            System.out.println(map);
    }
}

　　从上面运行结果可以看出，当系统进行垃圾回收时，删除了WeakHashMap对象的前三个key-value对。这是因为添加前三个key-value对时，这三个key都是匿名字符串对象，只有WeakHashMap保留了对它们的弱引用。WeakHashMap对象中的第四组key-value对的key是一个字符串的直接量，系统会缓冲这个字符串直接量(即系统保留了对该字符串对象的强引用)，所以垃圾回收时不会回收它。

•  IdentityHashMap实现类

　　IdentityHashMap实现类的实现机制与HashMap基本相似，但它在处理两个key相等时，比较独特：在IdentityHashMap中，当且仅当两个key严格相等时(key1 = key2)时，IdentityHashMap才认为两个key相等，对于普通HashMap而言，只要key1和key2通过equals比较返回true，且它们的hashCode值相等即可。

 　　IdentityHashMap提供了与HashMap基本相似的方法，也允许使用null做为key和value。与HashMap类似的是，IdentityHashMap不保证任何key-value对之间的顺序，更不能保证它们的顺序随时间的推移保持不变。

public class Test {
    public static void main(String[] args){
        IdentityHashMap<String, String> map = new IdentityHashMap<String, String>();
            //下面两行代码会向map中添加两条key-value对
            map.put(new String("语文"), "99");
            map.put(new String("语文"), "100");
            //下面两行代码会向map中添加一条key-value对
            map.put("java", "89");
            map.put("java", "69");
            //打印结果为{java=69, 语文=100, 语文=99}
            System.out.println(map);
    }
}

•  EnumMap实现类

　　EnumMap是一个与枚举类一起使用的Map实现，EnumMap中所有key都必须是单个枚举类的枚举值。创建EnumMap时必须显示或隐式指定它对应的枚举类。

　　EnumMap不允许使用null作为key值，但容许使用null值做为value。如果试图使用null做为key将抛出NullPointerException异常。如果仅仅只是查询是否包含值为null的key，或者仅仅只是使用删除值为null的key，都不会抛出异常。

enum Season{
    SPRING,SUMMER,AUTUMN,WINTER
}
public class Test {
    public static void main(String[] args){
        EnumMap<Season, String> map = new EnumMap<Season, String>(Season.class);
        //打印结果为{}
        System.out.println(map);
        map.put(Season.SPRING, "春");
        map.put(Season.SUMMER, "夏");
        map.put(Season.AUTUMN, "秋");
        map.put(Season.WINTER, "冬");
        //打印结果为{SPRING=春, SUMMER=夏, AUTUMN=秋, WINTER=冬}
        System.out.println(map);
    }
}

 　　上面程序中创建了一个EnumMap对象，创建该EnumMap对象时指定它的key只能是Season枚举类的枚举值。如果向该EnumMap中添加四个key-value对后，这四个key-value对将会以Season枚举值的自然顺序排序。

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　　对于Map的常用实现类而言，HashMap和Hashtable的效率大致相同，因为它们的实现机制几乎完全一样，但HashMap通常比Hashtable要快一点，因为Hashtable额外实现同步操作。

　　TreeMap通常比HashMap、Hashtable要慢(尤其在插入、删除key-value对的时候更慢)，因为TreeMap需要额外的红黑树操作来维护key之间的次序。但使用TreeMap有一个好处：TreeMap中的key-value对总是处于有序状态，无须专门进行排序操作。