1. Map 和 Set 是什么？
1.1 概念
在Java中，Map和Set都是接口，是一种专门用来进行搜索的容器或者数据结构，其搜索的效率与其具体的实例化子类有关。Map的实例化子类有TreeMap、HashMap等，Set的实例化子类有TreeSet，HashSet等
它们的模型：一般把搜索的数据称为关键字（Key），和关键字对应的称为值（Value），将其称之为Key-value的键值对，所以模型会有两种，纯 key 模型、Key-Value 模型。
Map中存储的是key-value的键值对，Set中只存储了Key，并且每个key都是唯一的，不能重复。
2.Map 接口的使用
在Java中，Map接口的实现类有：TreeMap、HashMap。
Map中提供了一些方法的规范，下面是一些常用的：
方法 | 描述 | |
| 从Map中删除所有的键值对。 | |
| 判断Map中是否包含指定的键。 | |
| 判断Map中是否包含指定的值。 | |
| 返回Map中包含的所有键值对的Set集合。 | |
| 返回与指定键相关联的值。如果Map中不包含该键，则返回null。 | |
| 判断Map是否为空。 | |
| 返回Map中包含的所有键的Set集合。 | |
| 将指定的键值对添加到Map中。如果Map中已经包含了该键，则使用新值替换旧值，并返回旧值。 | |
| 将指定Map中的所有键值都添加到当前Map中。 | |
| 从Map中删除与指定键相关联的键值对。如果Map中不包含该键，则返回null。 | |
| 返回Map中键值对的数量。 | |
| 返回Map中包含的所有值的Collection集合。 | |
| 返回 key 对应的 value，key 不存在，返回默认值 |
- Map是一个接口，不能直接实例化对象，如果要实例化对象只能实例化其实现类TreeMap或者HashMap。
- Map中存放键值对的Key是唯一的，value是可以重复的。
- Map中的Key可以全部分离出来，存储到Set中来进行访问(因为Key不能重复)。
- Map中的value可以全部分离出来，存储在Collection的任何一个子集合中(value可能有重复)。
- Map中键值对的Key不能直接修改，value可以修改，如果要修改key，只能先将该key删除掉，然后再来进行重新插入。
- TreeMap中的key不能为null，HashMap中的key可以为null。
2.1 TreeMap
在Java中，TreeMap是基于红黑树实现的一种有序Map数据结构。红黑树是一种自平衡的二叉搜索树，它可以保证插入、删除、查找等操作的最坏情况时间复杂度为O(log n)，在TreeMap中key不能为null。 (二叉搜索树 的基本操作 - 掘金 (juejin.cn))
（1）TreeMap 的常见构造方法
构造方法 | 描述 |
| 创建一个空的TreeMap。 |
| 创建一个空的TreeMap，使用指定的比较器对键进行排序。 |
| 创建一个包含指定Map中的所有键值对的TreeMap。 |
由于TreeMap底层是用搜索树实现的，所以TreeMap里元素的 key 必须是可比较的（根据key来比较，生成搜索树），不然要报错，这时候就需要传一个比较器。
class Student{
String name;
int age;
public Student(String name, int age) {
this.name = name;
this.age = age;
}
@Override
public String toString() {
return "Student{" + "name=" + name + ", age=" + age + '}';
}
}
public class Main {
public static void main(String[] args) {
//因为 Student 不可比较，所以传入一个比较器
Map<Student,Integer> map = new TreeMap<>(new Comparator<Student>() {
@Override
public int compare(Student o1, Student o2) {
//比较名字
return o1.name.compareTo(o2.name);
}
});
map.put(new Student("小明",20),1);
map.put(new Student("张三",20),2);
map.put(new Student("王五",20),3);
map.put(new Student("李四",20),4);
System.out.println(map);//TreeMap重写了toString()方法，可以直接打印。
}
}
结果：{Student{name=小明, age=20}=1, Student{name=张三, age=20}=2, Student{name=李四, age=20}=4, Student{name=王五, age=20}=3}
复制代码 还有另一种方式，就是 Student 实现Comparable接口重写compareTo()方法。
class Student implements Comparable<Student>{
String name;
int age;
public Student(String name, int age) {
this.name = name;
this.age = age;
}
@Override
public String toString() {
return "Student{" + "name=" + name + ", age=" + age + '}';
}
@Override
public int compareTo(Student o) {
return this.name.compareTo(o.name);
}
}
复制代码（2）TreeMap 方法的演示
TreeMap的常见方法都是重写了Map接口的方法，这里演示几个比较有趣的方法。
- getOrDefault() 方法。
public static void main(String[] args) {
Map<String,Integer> map = new TreeMap<>();
map.put("小明",20);
map.put("张三",19);
map.put("王五",18);
//返回 key 对应的 value，key 不存在，返回默认值
int n = map.getOrDefault("李四",1000);
System.out.println(n);
}
结果：1000
复制代码- keySet() 方法 与 values() 方法
public static void main(String[] args) {
Map<String,Integer> map = new TreeMap<>();
map.put("小明",20);
map.put("张三",19);
map.put("王五",20);
//返回所有 key 的不重复集合
Set<String> set = map.keySet();
System.out.println(set);
//返回所有 value 的可重复集合
Collection<Integer> collection = map.values();
System.out.println(collection);
}
结果：
[小明, 张三, 王五]
[20, 19, 20]
复制代码（4）Map 的遍历问题：Map.Entry
Map.Entry<K, V> 是Map内部实现的用来存放<key, value>键值对映射关系的内部类，这就好比链表中的Node一样，该内部类中主要提供了<key, value>的获取，value的设置以及Key的比较方式。
方法 | 解释 |
| 返回 entry 中的 key |
| 返回 entry 中的 value |
| 将键值对中的value替换为指定value |
当我们遍历Map时，需要注意的是Map中存储的是键值对（Entry），因此我们需要先获取Map中的所有Entry，再逐个遍历每个Entry的键和值。
public static void main(String[] args) {
Map<String,Integer> map = new TreeMap<>();
map.put("小明",20);
map.put("张三",19);
map.put("王五",20);
//遍历 Map， Map.Entry<String,Integer> 表示 Map 中的键值对，就像链表中的 Node 一样
Set<Map.Entry<String,Integer>> set = map.entrySet();//将 Map 里的所有键值对存入一个 Set 里面
//遍历 Set
for(Map.Entry<String,Integer> entry: set){
String key = entry.getKey();
//将“小明”的 value 改为 30
if(entry.getKey().equals("小明")){
entry.setValue(30);
}
int value = entry.getValue();
System.out.println("Key: " + key +" "+ "Value: " + value);
}
}
结果：
Key: 小明 Value: 30
Key: 张三 Value: 19
Key: 王五 Value: 20
复制代码 为什么需要将所有键值对存入set里面，再对set遍历？为什么不能直接对Map进行for-each遍历？
因为Map接口没有直接实现Iterable接口，因此无法直接使用for-each语句遍历Map中的元素。
2.2 HashMap
Java中HashMap的底层是一个哈希桶（开散列表），什么是哈希桶？
哈希桶：一个数组，每个数组元素都是一个单向链表或红黑树，这些链表或树的头结点组成了一个桶数组，用来存储键值对，也可以叫做哈希表。（哈希表是什么？哈希冲突又是什么？又如何解决哈希冲突？ - 掘金 (juejin.cn)）
（1）构造方法
构造方法 | 描述 |
| 构造一个空的 |
| 构造具有指定初始容量的 |
| 构造具有指定初始容量和负载因子的 |
| 构造一个新的 |
HashMap的使用与TreeMap都是相同的，比如遍历等，下面是使用HashMap的注意点：
- HashMap中的元素必须是能比较出是否相同的，自定义类型需要重写equals和 hashCode方法，对是否能比较大小没有要求。
class Student{
String name;
int age;
public Student(String name, int age) {
this.name = name;
this.age = age;
}
@Override
public String toString() {
return "Student{" + "name=" + name + ", age=" + age + '}';
}
}
public class Main {
public static void main1(String[] args) {
Map<Student,Integer> map = new HashMap<>();
map.put(new Student("小明",19),1);
map.put(new Student("张三",18),2);
map.put(new Student("王五",20),3);
map.put(new Student("王五",20),4);
System.out.println(map);
}
}
复制代码结果：
我们期望的是王五只出现一次，但是这里出现了两次，为什么？因为Student没有比较是否相等的能力，它需要重写equals和 hashCode方法。
class Student{
String name;
int age;
public Student(String name, int age) {
this.name = name;
this.age = age;
}
@Override
public String toString() {
return "Student{" + "name=" + name + ", age=" + age + '}';
}
@Override
public boolean equals(Object o) {
if (this == o) return true;
if (o == null || getClass() != o.getClass()) return false;
Student student = (Student) o;
return age == student.age && name.equals(student.name);
}
@Override
public int hashCode() {
return Objects.hash(name, age);
}
}
public class Main {
public static void main(String[] args) {
HashMap<Student,Integer> map = new HashMap<>();
map.put(new Student("小明",19),1);
map.put(new Student("张三",18),2);
map.put(new Student("王五",20),3);
map.put(new Student("王五",20),4);
System.out.println(map);
}
}
结果：
{Student{name=小明, age=19}=1, Student{name=张三, age=18}=2, Student{name=王五, age=20}=4}
复制代码 在HashMap源码中，重写的hashCode()方法是用来计算哈希值进而确定key的位置，equals()方法是用来比较两个对象是否相等的。
- 顺序问题：
HashMap中键值对的顺序是不确定的，而TreeMap中默认按键的自然顺序或指定的比较器进行排序。 - 扩容机制：如果
new的时候没有传参数，那么当第一次put()的时候，才会为HashMap分配内存，大小为 16；如果new的时候传了参数n，那么会分配最接近（大于等于）你给的参数的2次幂的值，比如：n = 19，那么会分配2525 = 32 的大小。 - 在 JDK 8 中，当一个桶中的元素数量超过了 8 个，并且哈希表的容量大于等于 64，这个桶就会被转换成红黑树。
2.4 TreeMap 与 HashMap 的区别
Map底层结构 | TreeMap | HashMap |
底层结构 | 红黑树 | 哈希桶 |
插入/删除/查找时间 复杂度 | �(���2�)O(log2N) | �(1)O(1) |
是否有序 | 关于Key有序 | 无序 |
线程安全 | 不安全 | 不安全 |
插入/删除/查找区别 | 需要进行元素比较 | 通过哈希函数计算哈希地址 |
比较与重写 | key必须能够比较，否则会抛出 ClassCastException异常 | 自定义类型需要重写equals和 hashCode方法 |
应用场景 | 需要Key有序场景下 | Key是否有序不关心，需要更高的 时间性能 |
3. Set 接口的使用
Set接口提供的方法
方法 | 描述 |
| 将指定元素添加到集合中（如果尚未存在）。 |
| 从集合中移除指定元素。 |
| 如果集合中包含指定元素，则返回 true。 |
| 如果集合不包含任何元素，则返回 true。 |
| 返回集合中的元素数量。 |
| 从集合中移除所有元素。 |
| 返回一个包含集合中所有元素的数组。 |
| 将集合中的所有元素转换为指定类型的数组。 |
| 如果集合中包含指定集合中的所有元素，则返回 true。 |
| 将指定集合中的所有元素添加到集合中（如果尚未存在）。 |
| 仅保留集合中包含在指定集合中的元素（删除所有其他元素）。 |
| 从集合中移除指定集合中包含的所有元素。 |
由于Set接口实现了lterable ，所以TreeSet、HashSet的遍历直接用for-each即可。
- Set是继承自Collection的一个接口类。
- Set中只存储了key，并且要求key一定要唯一。
- Set的底层是使用Map来实现的，其使用key与Object的一个默认对象作为键值对插入到Map中的。
- Set最大的功能就是对集合中的元素进行去重。
- TreeSet中不能插入null的key，HashSet能插入null的key。
3.1 TreeSet
TreeSet底层是什么呢？它的底层其实就是TreeMap！
现在有以下代码
public static void main(String[] args) {
Set<String> set = new TreeSet<>();
set.add("小明");
}
复制代码我们点进源码中的 add()：
也就是说，当我new TreeSet()的时候，它会 new TreeMap() 然后赋给 m；但是Set明明不是键值对的形式来存储数据的呀，底层怎么会是Map呢？从上面的图中看到put()方法中第二个参数是PRESENT，而PRESENT的值是new Object()，换言之，无论add多少，第二个参数永远都是一个Object类，这就相当于忽略了value值。
3.2 HashSet
HashSet的底层是HashMap，HashSet的一些注意事项与HashMap相同，比如它们的key可以为null，自定义类型要重写equals与hashCode方法等，这里就不赘述了。
3.3 TreeSet 与 HashSet 的区别
Set底层结构 | TreeSet | HashSet |
底层结构 | 红黑树 | 哈希桶 |
插入/删除/查找时间 复杂度 | �(���2�)O(log2N) | �(1)O(1) |
是否有序 | 关于Key有序 | 不一定有序 |
线程安全 | 不安全 | 不安全 |
插入/删除/查找区别 | 需要进行元素比较 | 通过哈希函数计算哈希地址 |
比较与覆写 | key必须能够比较，否则会抛出 ClassCastException异常 | 自定义类型需要覆写equals和 hashCode方法 |
应用场景 | 需要Key有序场景下 | Key是否有序不关心，需要更高的时间性能 |
