本文详细介绍了Java中Map接口及其子接口SortedMap和NavigableMap的概念与使用方法。包括Map的基本操作、内部Entry结构、AbstractMap抽象类的实现原理，以及SortedMap和NavigableMap提供的高级功能。
一、Map集合概述
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)。
如上图所示：
1）map是映射接口，map中存的内容是键值对（即key--value）.
2)AbstractMap是继承于Map的抽象类，实现了Map中的大部分API.其他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”。
二、Map
Map的源代码
package java.util;
import java.util.function.BiConsumer;
import java.util.function.BiFunction;
import java.util.function.Function;
import java.io.Serializable;
/*
* @param <K> the type of keys maintained by this map
* @param <V> the type of mapped values
*
* @author Josh Bloch
* @see HashMap
* @see TreeMap
* @see Hashtable
* @see SortedMap
* @see Collection
* @see Set
* @since 1.2
*/
public interface Map<K,V> {
int size();
boolean isEmpty();
boolean containsKey(Object key);
boolean containsValue(Object value);
V get(Object key);
V put(K key, V value);
V remove(Object key);
void putAll(Map<? extends K, ? extends V> m);
void clear();
Set<K> keySet();
Collection<V> values();
Set<Map.Entry<K, V>> entrySet();
interface Entry<K,V> {
K getKey();
V getValue();
V setValue(V value);
boolean equals(Object o);
int hashCode();
public static <K extends Comparable<? super K>, V> Comparator<Map.Entry<K,V>> comparingByKey() {
return (Comparator<Map.Entry<K, V>> & Serializable)
(c1, c2) -> c1.getKey().compareTo(c2.getKey());
}
public static <K, V extends Comparable<? super V>> Comparator<Map.Entry<K,V>> comparingByValue() {
return (Comparator<Map.Entry<K, V>> & Serializable)
(c1, c2) -> c1.getValue().compareTo(c2.getValue());
}
public static <K, V> Comparator<Map.Entry<K, V>> comparingByKey(Comparator<? super K> cmp) {
Objects.requireNonNull(cmp);
return (Comparator<Map.Entry<K, V>> & Serializable)
(c1, c2) -> cmp.compare(c1.getKey(), c2.getKey());
}
public static <K, V> Comparator<Map.Entry<K, V>> comparingByValue(Comparator<? super V> cmp) {
Objects.requireNonNull(cmp);
return (Comparator<Map.Entry<K, V>> & Serializable)
(c1, c2) -> cmp.compare(c1.getValue(), c2.getValue());
}
}
// Comparison and hashing
boolean equals(Object o);
int hashCode();
// Defaultable methods
/**
* 因为接口有这个语法限制，所以要直接改变/扩展接口内的方法变得非常困难。我们在尝试强化Java 8 Collections API，让其支持lambda表达式的时候，就面临了这样的挑战。
* 为了克服这个困难，Java 8中引入了一个新的概念，叫做default方法，也可以称为Defender方法，或者虚拟扩展方法（Virtual extension methods)。
* Default方法是指，在接口内部包含了一些默认的方法实现（也就是接口中可以包含方法体，这打破了Java之前版本对接口的语法限制），从而使得接口在进行扩展的时候，不会破坏与接口相关的实现类代码。
*
*/
default V getOrDefault(Object key, V defaultValue) {
V v;
return (((v = get(key)) != null) || containsKey(key))
? v
: defaultValue;
}
default void forEach(BiConsumer<? super K, ? super V> action) {
Objects.requireNonNull(action);
for (Map.Entry<K, V> entry : entrySet()) {
K k;
V v;
try {
k = entry.getKey();
v = entry.getValue();
} catch(IllegalStateException ise) {
// this usually means the entry is no longer in the map.
throw new ConcurrentModificationException(ise);
}
action.accept(k, v);
}
}
default void replaceAll(BiFunction<? super K, ? super V, ? extends V> function) {
Objects.requireNonNull(function);
for (Map.Entry<K, V> entry : entrySet()) {
K k;
V v;
try {
k = entry.getKey();
v = entry.getValue();
} catch(IllegalStateException ise) {
// this usually means the entry is no longer in the map.
throw new ConcurrentModificationException(ise);
}
// ise thrown from function is not a cme.
v = function.apply(k, v);
try {
entry.setValue(v);
} catch(IllegalStateException ise) {
// this usually means the entry is no longer in the map.
throw new ConcurrentModificationException(ise);
}
}
}
default V putIfAbsent(K key, V value) {
V v = get(key);
if (v == null) {
v = put(key, value);
}
return v;
}
default boolean remove(Object key, Object value) {
Object curValue = get(key);
if (!Objects.equals(curValue, value) ||
(curValue == null && !containsKey(key))) {
return false;
}
remove(key);
return true;
}
default boolean replace(K key, V oldValue, V newValue) {
Object curValue = get(key);
if (!Objects.equals(curValue, oldValue) ||
(curValue == null && !containsKey(key))) {
return false;
}
put(key, newValue);
return true;
}
default V replace(K key, V value) {
V curValue;
if (((curValue = get(key)) != null) || containsKey(key)) {
curValue = put(key, value);
}
return curValue;
}
default V computeIfAbsent(K key,
Function<? super K, ? extends V> mappingFunction) {
Objects.requireNonNull(mappingFunction);
V v;
if ((v = get(key)) == null) {
V newValue;
if ((newValue = mappingFunction.apply(key)) != null) {
put(key, newValue);
return newValue;
}
}
return v;
}
default V computeIfPresent(K key,
BiFunction<? super K, ? super V, ? extends V> remappingFunction) {
Objects.requireNonNull(remappingFunction);
V oldValue;
if ((oldValue = get(key)) != null) {
V newValue = remappingFunction.apply(key, oldValue);
if (newValue != null) {
put(key, newValue);
return newValue;
} else {
remove(key);
return null;
}
} else {
return null;
}
}
default V compute(K key,
BiFunction<? super K, ? super V, ? extends V> remappingFunction) {
Objects.requireNonNull(remappingFunction);
V oldValue = get(key);
V newValue = remappingFunction.apply(key, oldValue);
if (newValue == null) {
// delete mapping
if (oldValue != null || containsKey(key)) {
// something to remove
remove(key);
return null;
} else {
return null;
}
} else {
put(key, newValue);
return newValue;
}
}
default V merge(K key, V value,
BiFunction<? super V, ? super V, ? extends V> remappingFunction) {
Objects.requireNonNull(remappingFunction);
Objects.requireNonNull(value);
V oldValue = get(key);
V newValue = (oldValue == null) ? value :
remappingFunction.apply(oldValue, value);
if(newValue == null) {
remove(key);
} else {
put(key, newValue);
}
return newValue;
}
}
Map 接口提供三种collection 视图，允许以键集、值集或键-值映射关系集的形式查看某个映射的内容。
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：第一个，void（无参数）构造方法，用于创建空映射；第二个，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。
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()注意：
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，值集时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。
三、Map.Entry
Map.Entry源码interface Entry<K,V> {
K getKey();
V getValue();
V setValue(V value);
boolean equals(Object o);
int hashCode();
public static <K extends Comparable<? super K>, V> Comparator<Map.Entry<K,V>> comparingByKey() {
return (Comparator<Map.Entry<K, V>> & Serializable)
(c1, c2) -> c1.getKey().compareTo(c2.getKey());
}
public static <K, V extends Comparable<? super V>> Comparator<Map.Entry<K,V>> comparingByValue() {
return (Comparator<Map.Entry<K, V>> & Serializable)
(c1, c2) -> c1.getValue().compareTo(c2.getValue());
}
public static <K, V> Comparator<Map.Entry<K, V>> comparingByKey(Comparator<? super K> cmp) {
Objects.requireNonNull(cmp);
return (Comparator<Map.Entry<K, V>> & Serializable)
(c1, c2) -> cmp.compare(c1.getKey(), c2.getKey());
}
public static <K, V> Comparator<Map.Entry<K, V>> comparingByValue(Comparator<? super V> cmp) {
Objects.requireNonNull(cmp);
return (Comparator<Map.Entry<K, V>> & Serializable)
(c1, c2) -> cmp.compare(c1.getValue(), c2.getValue());
}
}
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。
四、AbstractMap
AbstractMap源码package java.util;
import java.util.Map.Entry;
/**
* @param <K> the type of keys maintained by this map
* @param <V> the type of mapped values
*
* @author Josh Bloch
* @author Neal Gafter
* @see Map
* @see Collection
* @since 1.2
*/
public abstract class AbstractMap<K,V> implements Map<K,V> {
protected AbstractMap() {
}
// Query Operations
public int size() {
return entrySet().size();
}
public boolean isEmpty() {
return size() == 0;
}
public boolean containsValue(Object value) {
Iterator<Entry<K,V>> i = entrySet().iterator();
if (value==null) {
while (i.hasNext()) {
Entry<K,V> e = i.next();
if (e.getValue()==null)
return true;
}
} else {
while (i.hasNext()) {
Entry<K,V> e = i.next();
if (value.equals(e.getValue()))
return true;
}
}
return false;
}
public boolean containsKey(Object key) {
Iterator<Map.Entry<K,V>> i = entrySet().iterator();
if (key==null) {
while (i.hasNext()) {
Entry<K,V> e = i.next();
if (e.getKey()==null)
return true;
}
} else {
while (i.hasNext()) {
Entry<K,V> e = i.next();
if (key.equals(e.getKey()))
return true;
}
}
return false;
}
public V get(Object key) {
Iterator<Entry<K,V>> i = entrySet().iterator();
if (key==null) {
while (i.hasNext()) {
Entry<K,V> e = i.next();
if (e.getKey()==null)
return e.getValue();
}
} else {
while (i.hasNext()) {
Entry<K,V> e = i.next();
if (key.equals(e.getKey()))
return e.getValue();
}
}
return null;
}
// Modification Operations
public V put(K key, V value) {
throw new UnsupportedOperationException();
}
public V remove(Object key) {
Iterator<Entry<K,V>> i = entrySet().iterator();
Entry<K,V> correctEntry = null;
if (key==null) {
while (correctEntry==null && i.hasNext()) {
Entry<K,V> e = i.next();
if (e.getKey()==null)
correctEntry = e;
}
} else {
while (correctEntry==null && i.hasNext()) {
Entry<K,V> e = i.next();
if (key.equals(e.getKey()))
correctEntry = e;
}
}
V oldValue = null;
if (correctEntry !=null) {
oldValue = correctEntry.getValue();
i.remove();
}
return oldValue;
}
public void putAll(Map<? extends K, ? extends V> m) {
for (Map.Entry<? extends K, ? extends V> e : m.entrySet())
put(e.getKey(), e.getValue());
}
public void clear() {
entrySet().clear();
}
// Views
transient Set<K> keySet;
transient Collection<V> values;
public Set<K> keySet() {
Set<K> ks = keySet;
if (ks == null) {
ks = new AbstractSet<K>() {
public Iterator<K> iterator() {
return new Iterator<K>() {
private Iterator<Entry<K,V>> i = entrySet().iterator();
public boolean hasNext() {
return i.hasNext();
}
public K next() {
return i.next().getKey();
}
public void remove() {
i.remove();
}
};
}
public int size() {
return AbstractMap.this.size();
}
public boolean isEmpty() {
return AbstractMap.this.isEmpty();
}
public void clear() {
AbstractMap.this.clear();
}
public boolean contains(Object k) {
return AbstractMap.this.containsKey(k);
}
};
keySet = ks;
}
return ks;
}
public Collection<V> values() {
Collection<V> vals = values;
if (vals == null) {
vals = new AbstractCollection<V>() {
public Iterator<V> iterator() {
return new Iterator<V>() {
private Iterator<Entry<K,V>> i = entrySet().iterator();
public boolean hasNext() {
return i.hasNext();
}
public V next() {
return i.next().getValue();
}
public void remove() {
i.remove();
}
};
}
public int size() {
return AbstractMap.this.size();
}
public boolean isEmpty() {
return AbstractMap.this.isEmpty();
}
public void clear() {
AbstractMap.this.clear();
}
public boolean contains(Object v) {
return AbstractMap.this.containsValue(v);
}
};
values = vals;
}
return vals;
}
public abstract Set<Entry<K,V>> entrySet();
// Comparison and hashing
public boolean equals(Object o) {
if (o == this)
return true;
if (!(o instanceof Map))
return false;
Map<?,?> m = (Map<?,?>) o;
if (m.size() != size())
return false;
try {
Iterator<Entry<K,V>> i = entrySet().iterator();
while (i.hasNext()) {
Entry<K,V> e = i.next();
K key = e.getKey();
V value = e.getValue();
if (value == null) {
if (!(m.get(key)==null && m.containsKey(key)))
return false;
} else {
if (!value.equals(m.get(key)))
return false;
}
}
} catch (ClassCastException unused) {
return false;
} catch (NullPointerException unused) {
return false;
}
return true;
}
public int hashCode() {
int h = 0;
Iterator<Entry<K,V>> i = entrySet().iterator();
while (i.hasNext())
h += i.next().hashCode();
return h;
}
public String toString() {
Iterator<Entry<K,V>> i = entrySet().iterator();
if (! i.hasNext())
return "{}";
StringBuilder sb = new StringBuilder();
sb.append('{');
for (;;) {
Entry<K,V> e = i.next();
K key = e.getKey();
V value = e.getValue();
sb.append(key == this ? "(this Map)" : key);
sb.append('=');
sb.append(value == this ? "(this Map)" : value);
if (! i.hasNext())
return sb.append('}').toString();
sb.append(',').append(' ');
}
}
protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
AbstractMap<?,?> result = (AbstractMap<?,?>)super.clone();
result.keySet = null;
result.values = null;
return result;
}
private static boolean eq(Object o1, Object o2) {
return o1 == null ? o2 == null : o1.equals(o2);
}
public static class SimpleEntry<K,V>
implements Entry<K,V>, java.io.Serializable
{
private static final long serialVersionUID = -8499721149061103585L;
private final K key;
private V value;
public SimpleEntry(K key, V value) {
this.key = key;
this.value = value;
}
public SimpleEntry(Entry<? extends K, ? extends V> entry) {
this.key = entry.getKey();
this.value = entry.getValue();
}
public K getKey() {
return key;
}
public V getValue() {
return value;
}
public V setValue(V value) {
V oldValue = this.value;
this.value = value;
return oldValue;
}
public boolean equals(Object o) {
if (!(o instanceof Map.Entry))
return false;
Map.Entry<?,?> e = (Map.Entry<?,?>)o;
return eq(key, e.getKey()) && eq(value, e.getValue());
}
public int hashCode() {
return (key == null ? 0 : key.hashCode()) ^
(value == null ? 0 : value.hashCode());
}
public String toString() {
return key + "=" + value;
}
}
public static class SimpleImmutableEntry<K,V>
implements Entry<K,V>, java.io.Serializable
{
private static final long serialVersionUID = 7138329143949025153L;
private final K key;
private final V value;
public SimpleImmutableEntry(K key, V value) {
this.key = key;
this.value = value;
}
public SimpleImmutableEntry(Entry<? extends K, ? extends V> entry) {
this.key = entry.getKey();
this.value = entry.getValue();
}
public K getKey() {
return key;
}
public V getValue() {
return value;
}
public V setValue(V value) {
throw new UnsupportedOperationException();
}
public boolean equals(Object o) {
if (!(o instanceof Map.Entry))
return false;
Map.Entry<?,?> e = (Map.Entry<?,?>)o;
return eq(key, e.getKey()) && eq(value, e.getValue());
}
public int hashCode() {
return (key == null ? 0 : key.hashCode()) ^
(value == null ? 0 : value.hashCode());
}
public String toString() {
return key + "=" + value;
}
}
}
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() 或 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。
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()五、SortedMap
package java.util;
/**
* @param <K> the type of keys maintained by this map
* @param <V> the type of mapped values
*
* @author Josh Bloch
* @see Map
* @see TreeMap
* @see SortedSet
* @see Comparator
* @see Comparable
* @see Collection
* @see ClassCastException
* @since 1.2
*/
public interface SortedMap<K,V> extends Map<K,V> {
Comparator<? super K> comparator();
SortedMap<K,V> subMap(K fromKey, K toKey);
SortedMap<K,V> headMap(K toKey);
SortedMap<K,V> tailMap(K fromKey);
K firstKey();
K lastKey();
Set<K> keySet();
Collection<V> values();
Set<Map.Entry<K, V>> entrySet();
}
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） void（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。
SortMap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)六、NavigableMap
package java.util;
/**
* @author Doug Lea
* @author Josh Bloch
* @param <K> the type of keys maintained by this map
* @param <V> the type of mapped values
* @since 1.6
*/
public interface NavigableMap<K,V> extends SortedMap<K,V> {
Map.Entry<K,V> lowerEntry(K key);
K lowerKey(K key);
Map.Entry<K,V> floorEntry(K key);
K floorKey(K key);
Map.Entry<K,V> ceilingEntry(K key);
K ceilingKey(K key);
Map.Entry<K,V> higherEntry(K key);
K higherKey(K key);
Map.Entry<K,V> firstEntry();
Map.Entry<K,V> lastEntry();
Map.Entry<K,V> pollFirstEntry();
Map.Entry<K,V> pollLastEntry();
NavigableMap<K,V> descendingMap();
NavigableSet<K> navigableKeySet();
NavigableSet<K> descendingKeySet();
NavigableMap<K,V> subMap(K fromKey, boolean fromInclusive,
K toKey, boolean toInclusive);
NavigableMap<K,V> headMap(K toKey, boolean inclusive);
NavigableMap<K,V> tailMap(K fromKey, boolean inclusive);
SortedMap<K,V> subMap(K fromKey, K toKey);
SortedMap<K,V> headMap(K toKey);
SortedMap<K,V> tailMap(K fromKey);
}
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。
七、Dictionary
package java.util;
/**
* @author unascribed
* @see java.util.Map
* @see java.lang.Object#equals(java.lang.Object)
* @see java.lang.Object#hashCode()
* @see java.util.Hashtable
* @since JDK1.0
*/
public abstract class Dictionary<K,V> {
public Dictionary() {
}
abstract public int size();
abstract public boolean isEmpty();
abstract public Enumeration<K> keys();
abstract public Enumeration<V> elements();
abstract public V get(Object key);
abstract public V put(K key, V value);
abstract public V remove(Object key);
}
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