Java 集合框架掌握 Map 和 Set 的使用(内含哈希表源码解读及面试常考题)

介绍

Java 集合框架是 Java 语言提供的一个用于管理数据的框架，包含了一系列的接口和实现类，方便对不同类型的数据进行操作。其中，Map 和 Set 是集合框架中比较重要的部分。

本文将介绍 Map 和 Set 的使用方法，同时解读哈希表的源码，以及总结常见的面试考点。

Map 的使用

Map 是一种 key-value 结构的数据类型，每个元素都包含一个键和值。Map 中的键是唯一的，而值则可以重复。Map 提供了各种方便的方法来操作键值对，如 put() 方法添加键值对、get() 方法获取值等。

HashMap 源码解读

HashMap 是最常用的 Map 实现类之一，它是一种基于哈希表的数据结构。哈希表通过将键映射到槽位来保存值，因此查询键值对的速度很快。

HashMap 的源码比较复杂，其中核心的部分是哈希表的实现。哈希表包含一个 Entry 数组，每个 Entry 都包含一个键值对。当存储一个键值对时，HashMap 根据键的哈希码计算出该键所在的槽位，并将该键值对放到槽位中。如果多个键映射到同一个槽位，那么它们将以链表的形式存储在槽位中。这就是所谓的“链地址法”。

下面是一个简单的例子，展示了如何使用 HashMap：

HashMap<String, Integer> map = new HashMap<>();

// 添加键值对
map.put("apple", 1);
map.put("banana", 2);
map.put("candy", 3);

// 获取键值对
int value = map.get("apple");
System.out.println(value);  // 输出1

// 遍历键值对
for (Map.Entry<String, Integer> entry : map.entrySet()) {
    String key = entry.getKey();
    int value = entry.getValue();
    System.out.println(key + ":" + value);
}

TreeMap 的使用

TreeMap 是一种基于红黑树数据结构的 Map 实现类，它可以按照键的顺序存储键值对。相比于 HashMap，TreeMap 的查询效率稍低，但是它可以按照键的顺序进行遍历。

下面是一个简单的例子，展示了如何使用 TreeMap：

TreeMap<String, Integer> map = new TreeMap<>();

// 添加键值对
map.put("apple", 1);
map.put("banana", 2);
map.put("candy", 3);

// 获取键值对
int value = map.get("apple");
System.out.println(value);  // 输出1

// 遍历键值对
for (Map.Entry<String, Integer> entry : map.entrySet()) {
    String key = entry.getKey();
    int value = entry.getValue();
    System.out.println(key + ":" + value);
}

Set 的使用

Set 是一种不允许重复元素的集合，元素之间没有顺序。Java 提供了多种 Set 实现类，包括 HashSet、TreeSet 等。

HashSet 的源码解读

HashSet 是一种基于哈希表的 Set 实现类，它不允许重复元素。HashSet 的实现原理与 HashMap 类似，它也是通过哈希表进行元素的存储和检索。

HashSet 的源码比较简单，它只是在 HashMap 的基础上去掉了值部分。这意味着它可以通过键来快速进行元素的存储和检索。

下面是一个简单的例子，展示了如何使用 HashSet：

HashSet<Integer> set = new HashSet<>();

// 添加元素
set.add(1);
set.add(2);
set.add(3);

// 判断元素是否存在
boolean exist = set.contains(2);
System.out.println(exist);  // 输出true

// 遍历元素
for (int value : set) {
    System.out.println(value);
}

TreeSet 的使用

TreeSet 是一种基于红黑树的 Set 实现类，它可以按照元素的大小进行排序。相比于 HashSet，TreeSet 的查询效率稍低，但是它可以按照元素的大小进行遍历。

下面是一个简单的例子，展示了如何使用 TreeSet：

TreeSet<Integer> set = new TreeSet<>();

// 添加元素
set.add(3);
set.add(2);
set.add(1);

// 判断元素是否存在
boolean exist = set.contains(2);
System.out.println(exist);  // 输出true

// 遍历元素
for (int value : set) {
    System.out.println(value);
}

面试考点

在面试中，Map 和 Set 是比较常见的考点。下面总结一些常见的面试问题：

1. HashMap 和 Hashtable 有什么区别？
   答：HashMap 是线程不安全的实现类，而 Hashtable 是线程安全的实现类。此外，HashMap 允许键值对可以为 null，而 Hashtable 不允许。

2. HashMap 和 ConcurrentHashMap 有什么区别？
   答：HashMap 是线程不安全的实现类，而 ConcurrentHashMap 是线程安全的实现类。ConcurrentHashMap 采用了分段锁的方式来保证线程安全，因此它的并发性能要比 Hashtable 更好。

3. HashSet 和 TreeSet 有什么区别？
   答：HashSet 是基于哈希表的实现类，不允许重复元素，元素的顺序是不确定的；而 TreeSet 是基于红黑树的实现类，可以按照元素的大小进行排序，但是它的查询效率稍低。