Java Map 集合类简介

作者：Jack Shirazi

了解最常用的集合类型之一 Map 的基础知识以及如何针对您应用程序特有的数据优化 Map。

java.util 中的集合类包含 Java 中某些最常用的类。 最常用的集合类是 List 和 Map。 List 的具体实现包括 ArrayList 和 Vector，它们是可变大小的列表，比较适合构建、存储和操作任何类型对象元素列表。 List 适用于按数值索引访问元素的情形。

Map 提供了一个更通用的元素存储方法。 Map 集合类用于存储元素对（称作“键”和“值”），其中每个键映射到一个值。 从概念上而言，您可以将 List 看作是具有数值键的 Map。 而实际上，除了 List 和 Map 都在定义 java.util 中外，两者并没有直接的联系。本文将着重介绍核心 Java 发行套件中附带的 Map，同时还将介绍如何采用或实现更适用于您应用程序特定数据的专用 Map。

了解 Map 接口和方法

Java 核心类中有很多预定义的 Map 类。 在介绍具体实现之前，我们先介绍一下 Map 接口本身，以便了解所有实现的共同点。 Map 接口定义了四种类型的方法，每个 Map 都包含这些方法。 下面，我们从两个普通的方法（表 1）开始对这些方法加以介绍。

表 1： 覆盖的方法。 我们将这 Object 的这两个方法覆盖，以正确比较 Map 对象的等价性。

equals(Object o)	比较指定对象与此 Map 的等价性
hashCode()	返回此 Map 的哈希码

 

Map 构建

Map 定义了几个用于插入和删除元素的变换方法（表 2）。

表 2： Map 更新方法： 可以更改 Map 内容。

clear()	从 Map 中删除所有映射
remove(Object key)	从 Map 中删除键和关联的值
put(Object key, Object value)	将指定值与指定键相关联
clear()	从 Map 中删除所有映射
putAll(Map t)	将指定 Map 中的所有映射复制到此 map

 

尽管您可能注意到，纵然假设忽略构建一个需要传递给 putAll() 的 Map 的开销，使用 putAll() 通常也并不比使用大量的 put() 调用更有效率，但 putAll() 的存在一点也不稀奇。 这是因为，putAll() 除了迭代 put() 所执行的将每个键值对添加到 Map 的算法以外，还需要迭代所传递的 Map 的元素。 但应注意，putAll() 在添加所有元素之前可以正确调整 Map 的大小，因此如果您未亲自调整 Map 的大小（我们将对此进行简单介绍），则 putAll() 可能比预期的更有效。

查看 Map

迭代 Map 中的元素不存在直接了当的方法。 如果要查询某个 Map 以了解其哪些元素满足特定查询，或如果要迭代其所有元素（无论原因如何），则您首先需要获取该 Map 的“视图”。 有三种可能的视图（参见表 3）

• 所有键值对 — 参见 entrySet()
• 所有键 — 参见 keySet()
• 有值 — 参见 values()

 

前两个视图均返回 Set 对象，第三个视图返回 Collection 对象。 就这两种情况而言，问题到这里并没有结束，这是因为您无法直接迭代 Collection 对象或 Set 对象。要进行迭代，您必须获得一个 Iterator 对象。 因此，要迭代 Map 的元素，必须进行比较烦琐的编码

Iterator keyValuePairs = aMap.entrySet().iterator();
Iterator keys = aMap.keySet().iterator();
Iterator values = aMap.values().iterator();

 

值得注意的是，这些对象（Set、Collection 和 Iterator）实际上是基础 Map 的视图，而不是包含所有元素的副本。 这使它们的使用效率很高。 另一方面，Collection 或 Set 对象的 toArray() 方法却创建包含 Map 所有元素的数组对象，因此除了确实需要使用数组中元素的情形外，其效率并不高。

我运行了一个小测试（随附文件中的），该测试使用了 HashMap，并使用以下两种方法对迭代 Map 元素的开销进行了比较：

int mapsize = aMap.size();
Iterator keyValuePairs1 = aMap.entrySet().iterator();
for (int i = 0; i < mapsize; i++)
{
Map.Entry entry = (Map.Entry) keyValuePairs1.next();
Object key = entry.getKey();
Object value = entry.getValue();
...
}
Object[] keyValuePairs2 = aMap.entrySet().toArray();
for (int i = 0; i < rem; i++) {
{
Map.Entry entry = (Map.Entry) keyValuePairs2[i];
Object key = entry.getKey();

    

        

            
Profilers in Oracle JDeveloper
            
 
            
Oracle JDeveloper 包含一嵌入的监测器，它测量内存和执行时间，使您能够快速识别代码中的瓶颈。 我曾使用 Jdeveloper 的执行监测器监测 HashMap 的 containsKey() 和 containsValue() 方法，并很快发现 containsKey() 方法的速度比 containsValue() 方法慢很多（实际上要慢几个数量级！）。 （参见图 1 和图 2，以及随附文件中的 类）。 
            
        
    

Object value = entry.getValue();
...
}

此测试使用了两种测量方法： 一种是测量迭代元素的时间，另一种测量使用 toArray 调用创建数组的其他开销。 第一种方法（忽略创建数组所需的时间）表明，使用已从 toArray 调用中创建的数组迭代元素的速度要比使用 Iterator 的速度大约快 30%-60%。 但如果将使用 toArray 方法创建数组的开销包含在内，则使用 Iterator 实际上要快 10%-20%。 因此，如果由于某种原因要创建一个集合元素的数组而非迭代这些元素，则应使用该数组迭代元素。 但如果您不需要此中间数组，则不要创建它，而是使用 Iterator 迭代元素。

 

表 3： 返回视图的 Map 方法： 使用这些方法返回的对象，您可以遍历 Map 的元素，还可以删除 Map 中的元素。

entrySet()	返回 Map 中所包含映射的 Set 视图。 Set 中的每个元素都是一个 Map.Entry 对象，可以使用 getKey() 和 getValue() 方法（还有一个 setValue() 方法）访问后者的键元素和值元素
keySet()	返回 Map 中所包含键的 Set 视图。 删除 Set 中的元素还将删除 Map 中相应的映射（键和值）
values()	返回 map 中所包含值的 Collection 视图。 删除 Collection 中的元素还将删除 Map 中相应的映射（键和值）

 

访问元素

表 4 中列出了 Map 访问方法。Map 通常适合按键（而非按值）进行访问。 Map 定义中没有规定这肯定是真的，但通常您可以期望这是真的。 例如，您可以期望 containsKey() 方法与 get() 方法一样快。 另一方面，containsValue() 方法很可能需要扫描 Map 中的值，因此它的速度可能比较慢。

表 4： Map 访问和测试方法： 这些方法检索有关 Map 内容的信息但不更改 Map 内容。

get(Object key)	返回与指定键关联的值
containsKey(Object key)	如果 Map 包含指定键的映射，则返回 true
containsValue(Object value)	如果此 Map 将一个或多个键映射到指定值，则返回 true
isEmpty()	如果 Map 不包含键-值映射，则返回 true
size()	返回 Map 中的键-值映射的数目

 

对使用 containsKey() 和 containsValue() 遍历 HashMap 中所有元素所需时间的测试表明，containsValue() 所需的时间要长很多。 实际上要长几个数量级！ （参见图 1 和图 2，以及随附文件中的 。 因此，如果 containsValue() 是应用程序中的性能问题，它将很快显现出来，并可以通过监测您的应用程序轻松地将其识别。 这种情况下，我相信您能够想出一个有效的替换方法来实现 containsValue() 提供的等效功能。 但如果想不出办法，则一个可行的解决方案是再创建一个 Map，并将第一个 Map 的所有值作为键。 这样，第一个 Map 上的 containsValue() 将成为第二个 Map 上更有效的 containsKey()。