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Java Map 集合详解：基础用法、常见实现类与高频面试题解析

news 2025/8/6 7:43:23

在 Java 集合框架中，Map 是用于存储键值对（Key-Value）的重要接口，广泛应用于开发中的各种场景。本文将详细讲解 Map 的基础概念、常见实现类及其特性，并结合代码示例和高频面试问题，帮助你深入理解 Map 的用法。

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1. 什么是 Map？

Map 是 Java 集合框架中的接口，用于存储键值对，其中每个键（Key）是唯一的，而值（Value）则可以重复。

Map 的特点：

键唯一，值可以重复。
无序，或者根据具体实现类有不同的排序规则。
提供快速查找、插入和删除操作。

2. Map 的基本操作

以下是 Map 接口的一些常用方法：

方法	描述
`put(K key, V value)`	添加或更新键值对
`get(Object key)`	根据键获取对应的值
`remove(Object key)`	移除指定键的键值对
`containsKey(Object key)`	判断是否包含某个键
`containsValue(Object value)`	判断是否包含某个值
`size()`	返回键值对的数量
`isEmpty()`	判断 Map 是否为空
`keySet()`	返回所有键的集合
`values()`	返回所有值的集合
`entrySet()`	返回键值对的集合

基础代码示例：

import java.util.*;public class MapDemo {public static void main(String[] args) {// 创建一个 HashMapMap<String, Integer> map = new HashMap<>();// 添加键值对map.put("Java", 1);map.put("Python", 2);map.put("C++", 3);// 获取值System.out.println("Java 的值是: " + map.get("Java"));// 遍历键值对for (Map.Entry<String, Integer> entry : map.entrySet()) {System.out.println(entry.getKey() + ": " + entry.getValue());}// 检查是否包含某个键或值System.out.println("包含键 Java: " + map.containsKey("Java"));System.out.println("包含值 2: " + map.containsValue(2));// 删除键值对map.remove("Python");System.out.println("删除后: " + map);}
}

3. 常见的 Map 实现类

3.1 HashMap

HashMap 是最常用的 Map 实现类，基于哈希表实现。它允许 null 键和 null 值，且线程不安全。

特点：

无序存储：不保证键值对的顺序。
高效：查找和插入的时间复杂度为 O(1)。
线程不安全：在多线程场景下需要手动同步。

代码示例：

import java.util.HashMap;public class HashMapExample {public static void main(String[] args) {HashMap<Integer, String> map = new HashMap<>();map.put(1, "One");map.put(2, "Two");map.put(3, "Three");System.out.println("HashMap: " + map);}
}

3.2 LinkedHashMap

LinkedHashMap 是 HashMap 的子类，它通过链表维护了键值对的插入顺序。

特点：

有序存储：按照键值对插入的顺序存储。
性能较高：与 HashMap 性能接近。

代码示例：

import java.util.LinkedHashMap;public class LinkedHashMapExample {public static void main(String[] args) {LinkedHashMap<Integer, String> map = new LinkedHashMap<>();map.put(1, "One");map.put(2, "Two");map.put(3, "Three");System.out.println("LinkedHashMap: " + map);}
}

3.3 TreeMap

TreeMap 是基于红黑树实现的 Map，键值对按键的自然顺序（或自定义顺序）进行排序。

特点：

有序存储：按键的自然顺序排序。
时间复杂度：查找和插入的时间复杂度为 O(log n)。
不允许 null 键，但可以存储 null 值。

代码示例：

import java.util.TreeMap;public class TreeMapExample {public static void main(String[] args) {TreeMap<String, Integer> map = new TreeMap<>();map.put("C", 3);map.put("A", 1);map.put("B", 2);System.out.println("TreeMap: " + map);}
}

3.4 Hashtable

Hashtable 是线程安全的 Map，但由于其同步机制，性能较低，已被逐渐淘汰。

特点：

线程安全：适合多线程环境。
不允许 null 键或 null 值。
性能低：比 HashMap 慢。

代码示例：

import java.util.Hashtable;public class HashtableExample {public static void main(String[] args) {Hashtable<Integer, String> table = new Hashtable<>();table.put(1, "One");table.put(2, "Two");System.out.println("Hashtable: " + table);}
}

3.5 ConcurrentHashMap

ConcurrentHashMap 是线程安全的 HashMap，采用分段锁机制，性能优于 Hashtable。

特点：

线程安全：适合高并发场景。
分段锁机制：提高并发性能。
不允许 null 键或 null 值。

代码示例：

import java.util.concurrent.ConcurrentHashMap;public class ConcurrentHashMapExample {public static void main(String[] args) {ConcurrentHashMap<String, Integer> map = new ConcurrentHashMap<>();map.put("A", 1);map.put("B", 2);System.out.println("ConcurrentHashMap: " + map);}
}

4. 面试中关于 Map 的高频问题

HashMap 和 Hashtable 的区别：
- HashMap 是非线程安全的，Hashtable 是线程安全的。
- HashMap 允许 null 键和 null 值，Hashtable 不允许。
HashMap 的底层实现：
- 基于数组和链表（JDK 1.7）或数组和红黑树（JDK 1.8 之后）。
- 使用哈希算法来计算键的存储位置。
ConcurrentHashMap 的优势：
- 采用分段锁机制，减少锁的粒度。
- 提高了高并发下的性能。
TreeMap 和 HashMap 的区别：
- TreeMap 是有序的，HashMap 是无序的。
- TreeMap 的插入和查找时间复杂度为 O(log n)，而 HashMap 为 O(1)。