java集合框架07——Map架構與源代碼分析

        前幾節咱們對Collection以及Collection中的List部分進行了分析,Collection中還有個Set,由於Set是基於Map實現的,因此這裏咱們先分析Map,後面章節再繼續學習Set。首先咱們看下Map架構圖:java


        從圖中可以看出:安全

        1. Map是一個接口,Map中存儲的內容是鍵值對(key-value)架構

        2. 爲了方便,咱們抽象出AbstractMap類來讓其它類繼承,該類實現了Map中的大部分API。其它Map的詳細實現就可以經過直接繼承AbatractMap類就能夠。app

        3. SortedMap也是一個接口。它繼承與Map接口。SortedMap中的內容與Map中的差異在於。它是有序的鍵值對,裏面排序的方法是經過比較器(Comparator)實現的。post

        4. NavigableMap也是一個接口。它繼承與SortedMap接口,因此它確定也是有序的。另外。NavigableMap另外一些導航的方法:如獲取「大於或等於某個對象的鍵值對」等等。學習

        5. 再往下就是詳細實現類了,TreeMap繼承與AbstractMap,同一時候實現了NavigableMap接口。所以,TreeMap中的內容是有序鍵值對ui

        6. HashMap不過繼承了AbstractMap,並無實現NavigableMap接口。所以,HashMap的內容僅是鍵值對而已。不保證有序this

        7. WeakHashMap也是隻繼承了AbstractMap,它和HashMap的差異是鍵類型不一樣。WeakHashMap的鍵是弱鍵spa

        8. HashTable儘管不是繼承與AbstractMap,但是它繼承與Dictionary(Dictionary也是鍵值對的接口)。而且也實現了Map接口。所以,HashTable的內容也是鍵值對。且不保證順序。但是和HashMap相比,HashTable是線程安全的,而且它支持經過Enumeration去遍歷。
.net

        本節主要是討論一下Map的架構,而後對各個接口和抽象類作一些介紹,研究一些源代碼,至於像TreeMap。HashMap等具體實現類的源代碼,咱們在興許章節具體的研究。


1.Map

      

        Map的定義及其API例如如下:

package java.util;

public interface Map<K,V> {
    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(); //保存key的Set Collection<V> values(); //保存value的Collection Set<Map.Entry<K, V>> entrySet(); //保存Map.Entry的Set interface Entry<K,V> { //Map內部的一個接口,Entry中封裝了key和value信息 K getKey(); V getValue(); V setValue(V value); boolean equals(Object o); int hashCode(); } boolean equals(Object o); int hashCode(); }

    由上面的源代碼可知:

    1. Map提供了一些接口分別用於返回鍵集、值集以及鍵值映射關係集。

        keySet()用於返回鍵的Set集合;

        values()用於返回值的Set集合;

        entrySet()用於返回鍵值集的Set集合。鍵值信息封裝在Entry中。

    2. Map還對外提供了「獲取鍵」、「依據鍵獲取值」、「是否包括某個鍵或值」等等方法。

    3. Map.Entry是Map內部的一個接口,Map.Entry是一個鍵值對。咱們要想獲取Map中的Map中的鍵值對,可以經過Map.entrySet()來獲取,獲取到的是一個裝着Map.Entry的集合。而後可以經過這個Entry來實現對鍵值的操做。


2.AbstractMap


        AbstractMap繼承了Map。但沒有實現entrySet()方法(該方法仍是abstract修飾),假設要繼承AbstractMap,需要本身實現entrySet()方法。沒有真正實現put(K key, V value)方法,這裏「沒有真正實現」的意思是,該方法在形式上已經實現了。即沒實用abstract修飾了,但是方法內部不過拋出個異常。並無真正實現方法體內容,從如下的源代碼中可以看到。

package java.util;
import java.util.Map.Entry;

public abstract class AbstractMap<K,V> implements Map<K,V> {
    //空構造方法
    protected AbstractMap() {
    }
	
    //返回Map中存儲多少鍵值對
    public int size() {
        return entrySet().size();
    }

    //推斷Map是否爲空
    public boolean isEmpty() {
        return size() == 0;
    }
	
    //推斷Map中是否包括值爲value的鍵值對
    public boolean containsValue(Object value) {
	//entrySet()返回一個裝有Map.Entry<K,V>的Set,而後得到Set的iterator
        Iterator<Entry<K,V>> i = entrySet().iterator(); 
        if (value==null) { //從這裏可以看出Map中贊成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;
    }
	
    //推斷Map中是否含有鍵爲key的鍵值對
    public boolean containsKey(Object key) {
        Iterator<Map.Entry<K,V>> i = entrySet().iterator();
        if (key==null) { //從這裏可以看出Map中贊成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;
    }
    
    //經過key得到相應的value值
    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) //從這裏可以看出,key=null的必須value=null
                    return e.getValue();
            }
        } else {
            while (i.hasNext()) {
                Entry<K,V> e = i.next();
                if (key.equals(e.getKey()))
                    return e.getValue();
            }
        }
        return null;
    }

    public V put(K key, V value) { //put方法體內部沒有詳細實現,需要繼承後本身實現
        throw new UnsupportedOperationException();
    }

    //刪除指定key的Entry
    public V remove(Object key) {
        Iterator<Entry<K,V>> i = entrySet().iterator();
        Entry<K,V> correctEntry = null; //用來保存待刪除的Entry
        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; //用來保存待刪除Entry的value值
        if (correctEntry !=null) { //correctEntry不爲null表示找到了待刪除的Entry
            oldValue = correctEntry.getValue();
            i.remove();
        }
        return oldValue;
    }

    //向Map中加入新的Map m
    public void putAll(Map<? extends K, ? extends V> m) {
        for (Map.Entry<?

extends K, ?

extends V> e : m.entrySet()) put(e.getKey(), e.getValue()); //調用上面未實現的put方法 } //清空整個Map public void clear() { entrySet().clear(); } //keySet用來保存key的Set。values用來保存value的Collection transient volatile Set<K> keySet = null; transient volatile Collection<V> values = null; //獲取Map中所有的key。保存到keySet成員變量中返回。keySet是個Set<K>類型 public Set<K> keySet() { if (keySet == null) { keySet = new AbstractSet<K>() { //內部類AbstractSet<K> public Iterator<K> iterator() { return new Iterator<K>() {//內部類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); } }; } return keySet; } //獲取Map中所有的value,保存到values成員變量中返回。

values是個Collection<V>類型 public Collection<V> values() { if (values == null) { values = 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); } }; } return values; } public abstract Set<Entry<K,V>> entrySet(); //未實現,仍是抽象方法 //Map中的equals方法,從源代碼中可以看出。比較的是value的值,所有value值都相等才返回true public boolean equals(Object o) { if (o == this) //假設對象都同樣,一定返回true return true; if (!(o instanceof Map)) //傳進來的對象若不是Map類型確定false return false; Map<K,V> m = (Map<K,V>) o; if (m.size() != size()) //兩個對象的size不一樣確定false return false; try { //好了。上面的條件都知足了。如下就挨個比較value值了 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; } //hashCode public int hashCode() { int h = 0; Iterator<Entry<K,V>> i = entrySet().iterator(); while (i.hasNext()) h += i.next().hashCode(); //調用Entry中的hashCode()方法 return h; } //實現toString方法:{key=value}形式輸出 public String toString() { Iterator<Entry<K,V>> i = entrySet().iterator(); if (! i.hasNext()) return "{}"; StringBuilder sb = new StringBuilder(); //使用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<K,V> result = (AbstractMap<K,V>)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); } //SimpleEntry實現了Map類中的Entry接口,另外也實現了Serializable接口,可序列化 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; } } //SimpleImmutableEntry實現了Map類中的Entry接口,另外也實現了Serializable接口。可序列化 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()); } //重寫了toString方法,返回key=value形式 public String toString() { return key + "=" + value; } } }

        從源代碼中可以看出。AbstractMap類提供了Map接口的主要實現。以最大限度地下降了實現此接口所需的工做,但是AbstractMap沒有實現entrySet()方法。因此假設咱們要實現不可改動的Map時,僅僅需要擴展此類並提供entrySet()方法的實現就能夠。另外從源代碼中也可以看出。entrySet()方法返回的Set(即keySet)不支持add()或remove()方法。假設咱們要實現可改動的Map,那麼就必須另外重寫put()方法,不然將拋出UnsupportedOperationException。而且entrySet.iterator()返回的迭代器i也必須實現其remove方法。

        只是通常咱們不需要本身實現Map,因爲已經有Map的實現類了,如HashMap和TreeMap等。


3.SortedMap


SortedMap也是一個接口,繼承與Map接口,Sorted表示它是一個有序的鍵值映射。

SortedMap的排序方式有兩種:天然排序和指定比較器排序。插入有序的SortedMap的所有元素都必須實現Comparable接口(或被指定的比較器所接受)。

SortedMap定義的API:

//繼承與Map的API再也不贅寫
package java.util;
public interface SortedMap<K,V> extends Map<K,V> {
    Comparator<? super K> comparator(); //返回比較器對象
    SortedMap<K,V> subMap(K fromKey, K toKey); //返回指定key範圍內的Map
    SortedMap<K,V> headMap(K toKey); //返回小於指定key的部分集合
    SortedMap<K,V> tailMap(K fromKey); //返回大於等於指定key的部分集合
    K firstKey(); //返回第一個元素的key
    K lastKey();  //返回最後一個元素的key
}

4.NavigableMap


    NavigableMap繼承與SortedMap。先看它的API

package java.util;
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> lastEntry();
    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);
}
    從API中咱們可以看出,NavigableMap除了繼承了SortedMap的特性外,還提供了例如如下功能:

        1. 提供了操做鍵值對的方法:lowerEntry、floorEntry、cellingEntry和higherEntry方法分別返回小於、小於等於、大於等於和大於給定鍵的鍵所關聯的Map.Entry對象。

        2. 提供了操做鍵的方法:lowerKey、floorKey、cellingKey和higherKey方法分別返回小於、小於等於、大於等於和大於給定鍵的鍵。

        3. 獲取鍵值對的子集。


5.Dictionary


    Dictionary中也包含了操做鍵值對的基本方法呢,它的定義以及API例如如下:

package java.util;
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);
}
        Map的架構就探討到這吧,從下一節咱們開始探討Map接口的詳細實現類。

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