Map集合体系

一、Map集合的概述

1、概述和使用

• Map集合是一种双列集合，每个元素包含两个数据。
• Map集合的每个元素的格式：key=value(键值对元素)。
• Map集合也称为“键值对集合”。

2、格式：

• Collection集合的格式：

  [元素1, 元素2, 元素3, ...]
  

• Map集合的格式：

  {key1=value1, key2=value2, key3=value3, ...}
  

• 通俗点讲就是，key是老公，value是老婆，都是成双成对的，并且不能出轨。
  

  ---

3、使用场景之一：购物车系统

分析：

• 购物车购买提供的四个商品和购买数量在后台需要容器存储。

• 每个商品对象都一一对应一个购买数量。

• 把商品对象看成是Map集合的键，购买数量看成Map集合的值。

  {商品1=2, 商品2=3, 商品3=2, 商品4=3}
  

总结

1、Map集合是什么？适用场景是什么样的？

• Map集合是键值对集合；
• Map集合非常适合做类似购物车这样的业务场景。

二、Map集合体系特点

1、说明

• 使用最多的Map集合是HashMap。
• 重点掌握HashMap，LinkedHashMap，TreeMap。其他的后续讲解。

2、Map集合体系特点

• Map集合的特点都是由键决定的。
• Map集合的键是无序、不重复、无索引，值不做要求。
• Map集合后面重复的键对应的值会覆盖前面重复键的值。
• Map集合的键值对都可以为null

3、Map集合实现类特点

• HashMap：元素按照键是无序、不重复、无索引，值不做要求。（与Map(父亲)体系一致）

  

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• LinkedHashMap：元素按照键是有序、不重复、无索引，值不做要求。

  

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• TreeMap：元素按照键是排序、不重复、无索引，值不做要求。

总结

1、Map集合的特点是什么样的？

• HashMap：元素按照键是无序、不重复、无索引，值不做要求。
• LinkedHashMap：元素按照键是有序、不重复、无索引，值不做要求。
• TreeMap：元素按照键是排序、不重复、无索引，值不做要求。

三、Map集合常用API

1、Map集合

• Map是双列集合的祖宗接口，它的功能是全部双列集合都可以继承使用的。

Map的API如下：

package com.app.d8_map_api;

import java.util.Collection;
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
import java.util.Set;

/**
    目标：掌握Map集合体系的常用API
 */
public class MapAPIDemo1 {
    public static void main(String[] args) {
//        1、添加元素：无序、不重复、无索引。
        Map<String, Integer> maps = new HashMap<>();
        maps.put("李宁音速6", 10);
        maps.put("娃娃", 20);
        maps.put("李宁音速6", 100); // Map集合后面的键对应的元素，会覆盖前面重复的整个键值对元素。
        maps.put("华为nova7", 100);
        maps.put("毛巾", 10);
        maps.put("手表", 10);

        System.out.println(maps);   // {手表=10, 李宁音速6=100, 华为nova7=100, 娃娃=20, 毛巾=10}

//        2、清空集合
        // maps.clear();
        // System.out.println(maps);

        System.out.println("-----------------------------------");
//        3、判断集合是否为空，为空返回true，反之！
        System.out.println(maps.isEmpty());

        System.out.println("-----------------------------------");
//        4、根据键获取对应值
        Integer key = maps.get("李宁音速6");
        System.out.println(key);  // 100
        System.out.println(maps.get("华为nova7"));    // 100
        System.out.println(maps.get("华为nova9"));    // null

        System.out.println("-----------------------------------");
//        5、根据键删除整个元素。（删除键会返回键的值）
        System.out.println(maps.remove("娃娃"));
        System.out.println(maps);

        System.out.println("-----------------------------------");
//        6、判断是否包含某个键，包含返回true，反之！
        System.out.println(maps.containsKey("华为nova7"));    // true
        System.out.println(maps.containsKey("娃娃"));         // false
        System.out.println(maps.containsKey("娃娃2"));       // false

        System.out.println("-----------------------------------");
//        7、判断是否包含某个值，包含返回true，反之！
        System.out.println(maps.containsValue(100));    // true
        System.out.println(maps.containsValue(10));     // false
        System.out.println(maps.containsValue(33));     // false

        System.out.println("-----------------------------------");
        // {手表=10, 李宁音速6=100, 华为nova7=100, 娃娃=20, 毛巾=10}
//        8、获取全部键的集合：Set<K> keySet()
        // 为什么用Set集合来接？因为Set集合：无序、不重复、无索引，符合Map集合的键的特点
        Set<String> keys = maps.keySet();
        System.out.println(keys);   // [李宁音速6, 华为nova7, 娃娃, 毛巾]

        System.out.println("-----------------------------------");
//        9、获取全部值的集合：Collection<V> values()
        // 为什么用Collection集合来接？因为Collection集合：可重复，可以保留重复的值
        Collection<Integer> values = maps.values();
        System.out.println(values);     // [10, 100, 100, 10]

        System.out.println("-----------------------------------");
//        10、集合的大小
        System.out.println(maps.size());    // 4，因为键值对是一个整体

        System.out.println("----------------拓展---------------");
//        11、合并其他Map集合。（拓展）
        Map<String, Integer> map1 = new HashMap<>();
        map1.put("java1", 1);
        map1.put("java2", 100);

        Map<String, Integer> map2 = new HashMap<>();
        map2.put("java2", 1);
        map2.put("java3", 100);

        map1.putAll(map2);  // 把集合map2的元素拷贝一份到map1中去
        System.out.println(map1);
        System.out.println(map2);
    }
}

{手表=10, 李宁音速6=100, 华为nova7=100, 娃娃=20, 毛巾=10}
-----------------------------------
false
-----------------------------------
100
100
null
-----------------------------------
20
{手表=10, 李宁音速6=100, 华为nova7=100, 毛巾=10}
-----------------------------------
true
false
false
-----------------------------------
true
true
false
-----------------------------------
[手表, 李宁音速6, 华为nova7, 毛巾]
-----------------------------------
[10, 100, 100, 10]
-----------------------------------
4
----------------拓展---------------
{java3=100, java2=1, java1=1}
{java3=100, java2=1}

Process finished with exit code 0

四、Map集合的遍历方式一：键找值

• 键找值的方式遍历：先获取Map集合全部的键，再根据遍历键找值。

1、键找值流程

• 取出全部键的集合后，遍历键的Set集合，然后根据键找对应的值。

  

2、键找值涉及的API

package com.app.d9_map_traverse;

import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
import java.util.Set;

/**
    目标：掌握Map集合的遍历方式一：键找值
 */
public class MapTraverseDemo1 {
    public static void main(String[] args) {
//         创建一个Map集合，添加一些数据
        Map<String, Integer> maps = new HashMap<>();
        maps.put("宇智波鼬手办", 20);
        maps.put("Nike跑鞋", 100);
        maps.put("手表", 20);
        maps.put("U盘", 2000);
        System.out.println("遍历前：" + maps);  // {手表=20, 宇智波鼬手办=20, U盘=2000, Nike跑鞋=100}

        System.out.println();

//        键找值遍历方式
        // 1、先获取全部键的集合
        Set<String> keys = maps.keySet();

        // 2、遍历全部的键
        System.out.println("遍历后：");
        for (String key : keys) {
            // 根据键得到对应的值
            int value = maps.get(key);
            System.out.println(key + "==>" + value);
        }
    }
}

遍历前：{手表=20, 宇智波鼬手办=20, U盘=2000, Nike跑鞋=100}

遍历后：
手表==>20
宇智波鼬手办==>20
U盘==>2000
Nike跑鞋==>100

Process finished with exit code 0

五、Map集合的遍历方式二：键值对

• 键值对的方式遍历：把 “键值对” 看成一个整体，难度较大。

1、键值对流程

• 先把Map集合转换成Set集合，Set集合中的每个元素都是键值对实体类型了。
• 然后再遍历Set集合，提取出键以及值。

2、键值对涉及的API

package com.app.d9_map_traverse;

import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
import java.util.Set;

/**
    目标：掌握Map集合的遍历方式二：键值对
 */
public class MapTraverseDemo2 {
    public static void main(String[] args) {
//        创建一个Map集合，添加一些数据
        Map<String, Integer> maps = new HashMap<>();
        maps.put("宇智波鼬手办", 20);
        maps.put("Nike跑鞋", 100);
        maps.put("手表", 20);
        maps.put("U盘", 2000);
        System.out.println("遍历前：" + maps);  // {手表=20, 宇智波鼬手办=20, U盘=2000, Nike跑鞋=100}

        System.out.println();

        /*
            {手表=20, 宇智波鼬手办=20, U盘=2000, Nike跑鞋=100}
                ☟
            使用foreach遍历Map集合，发现Map集合的键值对元素是没有直接类型的，因此不能直接foreach遍历集合。
                ☟
            通过调用Map集合的API，entrySet()方法把Map集合转换成Set集合形式：maps.entrySet()。
            方法内部其实也是先将全部键和全部值遍历出来，然后将键和值封装成一个对象，这样就可以作为一个对象遍历了
            [(手表=20), (宇智波鼬手办=20), (U盘=2000), (Nike跑鞋=100)]
                            entry
                ☟
            Set<Map.Entry<String, Integer>> entries = maps.entrySet();
                ☟
            此时可以使用foreach遍历这个键值对对象了
         */
        // 1、把Map集合转换成Set集合形式：将键值对封装成一个对象
        Set<Map.Entry<String, Integer>> entries = maps.entrySet();

        // 2、使用foreach遍历这个键值对对象
        System.out.println("遍历后：");
        for (Map.Entry<String, Integer> entry : entries){
            String key = entry.getKey();    // 获取键
            int value = entry.getValue();   // 获取值
            System.out.println(key + "==>" + value);
        }
    }
}

遍历前：{手表=20, 宇智波鼬手办=20, U盘=2000, Nike跑鞋=100}

遍历后：
手表==>20
宇智波鼬手办==>20
U盘==>2000
Nike跑鞋==>100

Process finished with exit code 0

六、Map集合的遍历方式三：Lambda表达式

• lambda表达式遍历：JDK8开始后的新技术。
• 得益于JDK8开始的新技术Lambda表达式，提供了一种更简单、更直接的遍历集合的方式。

1、Map结合Lambda遍历的API

2、流程

package com.app.d9_map_traverse;

import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
import java.util.function.BiConsumer;

/**
    目标：掌握Map集合的遍历方式三：结合lambda表达式遍历Map集合
 */
public class MapTraverseDemo3 {
    public static void main(String[] args) {
//        创建一个Map集合，添加一些数据
        Map<String, Integer> maps = new HashMap<>();
        maps.put("宇智波鼬手办", 20);
        maps.put("Nike跑鞋", 100);
        maps.put("手表", 20);
        maps.put("U盘", 2000);
        System.out.println("遍历前：" + maps);  // {手表=20, 宇智波鼬手办=20, U盘=2000, Nike跑鞋=100}

        System.out.println();

//        1、使用JDK8后的新技术，结合lambda遍历map
        // {手表=20, 宇智波鼬手办=20, U盘=2000, Nike跑鞋=100}
        /*
            分析：
             其实forEach()内部是用方式二帮我们遍历的：
                先将Map集合转换成Set集合形式：将键值对封装成一个对象；
                取出键和值，回调accept()方法，分别将键和值传送给这里
         */
        /*maps.forEach(new BiConsumer<String, Integer>() {
            @Override
            public void accept(String key, Integer value) {
                System.out.println(key + "==>" + value);
            }
        });*/

        System.out.println("遍历后：");
        maps.forEach(( k, v) -> System.out.println(k + "==>" + v) );
    }
}

遍历前：{手表=20, 宇智波鼬手办=20, U盘=2000, Nike跑鞋=100}

遍历后：
手表==>20
宇智波鼬手办==>20
U盘==>2000
Nike跑鞋==>100

Process finished with exit code 0

3、分析

七、Map集合案例：统计投票人数

1、需求：

• 某个班级80名学生，现在需要组成秋游活动，班长提供了四个景点依次是（A、B、C、D），每个学生只能选择一个景点，请统计出最终哪个景点想去的人数最多。

2、分析：

• 将80个学生选择的景点拿到程序中。
• 定义Map集合用于存储最终统计的结果。
• 遍历80个学生选择的景点，看Map集合中是否存在，不存在存入 “某景点=1”，存在则其对应值+1。
• 统计完选择票数后，优化输出。

3、实现：

package com.app.d10_map_test;

import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
import java.util.Random;

/**
    需求：
        某个班级80名学生，现在需要组成秋游活动，班长提供了四个景点依次是（A、B、C、D），
        每个学生只能选择一个景点，请统计出最终哪个景点想去的人数最多。
 */
public class MapTest {
    public static void main(String[] args) {
//       1、将80个学生选择的景点拿到程序中。
        // a、提供四个景点给学生选择：A B C D（个数确定、类型确定。数组存）
        String[] selects = {"A", "B", "C", "D"};

        // b、创建随机数对象，用于随机一个索引，模拟学生选择景点
        Random rd = new Random();

        // c、创建StringBuilder对象，用于拼接80名学生的选择结果
        StringBuilder sb = new StringBuilder();

        // d、模拟80名学生选择景点
        for (int i = 0; i < 80; i++) {
            // e、拼接80名学生选择的结果
            sb.append(selects[rd.nextInt(selects.length)]);
        }

        System.out.println("随机选择结果：" + sb);     // 80名学生的最终选择结果
        

//       2、定义Map集合用于存储最终统计的结果。例如：选择A景点=30名学生，B=20，C=20，D=10。键是景点，值是选择数量
        Map<Character, Integer> infos = new HashMap<>();
        

//       3、遍历80个学生选择的景点，看Map集合中是否存在，不存在存入 “某景点=1”，存在则其对应值+1。
        // a、定义循环遍历80名学生选择的景点
        for (int i = 0; i < sb.length(); i++) {
            // b、提取当前选择的景点字符
            char attraction = sb.charAt(i);

            // c、判断当前选择的景点是否存在于集合中
            if (infos.containsKey(attraction)){
                // 存在，说明此景点不是第一次被选择，让其景点的选择票数+1
                infos.put(attraction, infos.get(attraction) + 1);
            }else {
                // 不存在，说明此景点是第一次被选择，让其景点的选择票数为1
                infos.put(attraction, 1);
            }
        }

        // System.out.println("最终统计票数：" + infos);
        

        // 4、统计完选择票数后，优化输出
        infos.forEach( (k, v) -> System.out.println("景点" + k + "的选择票数：" + v) );
    }
}

随机选择结果：CBCCADAACCAABCDCCBBACBDBDDDDBBDABCDAACBDDABCDDDDABDDDAABCCCDABCCBBCABDDBDAABADBC
景点A的选择票数：18
景点B的选择票数：20
景点C的选择票数：19
景点D的选择票数：23

Process finished with exit code 0

4、Debug分析执行流程：

• 只需要自己控制程序一步一步往下走，就可以看完整个执行流程了！！

• 如果已经明白了整个流程，不想看了，可以结束Debug的执行：

  

  ---

  

八、Map集合的实现类HashMap

1、特点

• HashMap是Map接口里面的一个实现类。
• 特点是由键决定的：无序、不重复、无索引。
• 没有额外需要学习的特有API，直接使用Map里面的API方法就可以了。

2、原理

• HashMap跟HashSet底层原理是一模一样的，都是哈希表结构，只是HashMap的每个元素包含两个值（键值对）而已。

• 实际上：Set系列集合的底层就是Map实现的，只是Set集合中的元素只要键数据，不要值数据而已。

  

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• HashMap的添加原理：

  • 将键、值作为一个Entry对象，然后获取Entry对象的哈希值，对底层位置求余，存入求余结果对应的位置。
    

    ---

    

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  • 如果下一个要添加的元素也算到了同一个位置，就会形成链表，当链表长度超过8，就会自动转换为红黑树。
    

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总结

1、HashMap的特点和底层原理是什么样的？

• 由键决定：无序、不重复、无索引。

• HashMap底层是哈希表结构的。

• 依赖hashCode和equals方法保证键的唯一。

• 如果键要存储的是自定义对象，需要重写hashCode和equals方法。

  

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• 基于哈希表。增删改查的性能都较好。

九、Map集合的实现类LinkedHashMap

1、特点

• 由键决定：有序、不重复、无索引。
• 这里的有序指的是：保证存储和取出的元素顺序一致。

2、原理

• 底层数据结构依然是哈希表，只是每个键值对元素额外多了一个双链表的机制记录存储的顺序。

  • 将要添加的键值对封装成一个对象，然后对底层数组长度求余，存入求余结果对应的位置；

  • 然后上一个元素记住下一个元素的地址，下一个元素又记住上一个元素的地址，形成一个双链表。
    

3、使用

十、Map集合的实现类TreeMap

1、特点

• 由键决定：可排序、不重复、无索引。
• 可排序：按照键数据的大小默认升序（从小到大）排序。只能对键排序。
• 注意：TreeMap集合是一定要排序的，可以默认排序，也可以将键按照指定的规则进行排序。

2、原理

• TreeMap跟TreeSet的底层原理是一样的。

• 实际上：TreeSet底层是基于TreeMap设计的。

  

3、自定义排序规则有2种

• 类实现Comparable接口，重写比较规则。
• 集合自定义Comparator比较器对象，重写比较规则。

package com.app.d11_map_impl;

/**
    自定义类：猫类。
    指定规则排序方式一：
        让自定义的类实现Comparable接口重写里面的compareTo方法，来自定义比较规则。
 */
public class Cat implements Comparable<Cat>{
    /**
        猫的属性：昵称、毛色、价格、重量
     */
    private String name;
    private String color;
    private double price;
    private int weight;
    
    
    /**
     * 重写Comparable接口的compareTo方法，来自定义比较规则。
     * @param o 接收一个猫对象
     * @return
     */
    @Override
    public int compareTo(Cat o) {
        // 自定义比较规则：按照猫的重量升序排序
        return this.weight - o.weight;                  // 去除重量重复的数据
        // return this.weight - o.weight >= 0 ? 1 : -1;    // 保留重量重复的数据
    }
    

    public Cat(){

    }

    public Cat(String name, String color, double price, int weight) {
        this.name = name;
        this.color = color;
        this.price = price;
        this.weight = weight;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public String getColor() {
        return color;
    }

    public void setColor(String color) {
        this.color = color;
    }

    public double getPrice() {
        return price;
    }

    public void setPrice(double price) {
        this.price = price;
    }

    public int getWeight() {
        return weight;
    }

    public void setWeight(int weight) {
        this.weight = weight;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Cat{" +
                "name='" + name + '\'' +
                ", color='" + color + '\'' +
                ", price=" + price +
                ", weight=" + weight +
                '}';
    }


}

package com.app.d11_map_impl;

import java.util.Collections;
import java.util.Comparator;
import java.util.Map;
import java.util.TreeMap;

/**
    目标：掌握Map集合的实现类：TreeMap
    特点：可排序、不重复、无索引
 */
public class TreeMapDemo3 {
    public static void main(String[] args) {
        // 多态写法
        // 1、默认排序
        Map<Integer, String> cats = new TreeMap<>();
        cats.put(13, "小花猫");
        cats.put(2, "小黑猫");
        cats.put(23, "小白猫");
        cats.put(1, "小黄猫");

        cats.forEach( (k, v) -> System.out.println(k + " : " + v) );

        System.out.println("------------------------------------");


        // Map<Cat, String> students = new TreeMap<>();     // 一行经典代码

        // 2、自定义排序规则：
        // 方式二：集合自定义Comparator比较器对象，重写比较规则。
        // 按照猫的价格来降序排序
        Map<Cat, String> students = new TreeMap<>((o1, o2) ->
            Double.compare(o2.getPrice(), o1.getPrice())
        );

        students.put(new Cat("胖球", "花白色", 899.9, 40), "广西");
        students.put(new Cat("咪咪", "白色", 666.5, 40), "湖北");
        students.put(new Cat("小黑", "黑色", 899.8, 25), "广州");
        students.put(new Cat("虾皮", "黄色", 566.9, 33), "安徽");

        students.forEach( (k, v) -> System.out.println(k + " = " + v) );
    }
}

1 : 小黄猫
2 : 小黑猫
13 : 小花猫
23 : 小白猫
------------------------------------
Cat{name='胖球', color='花白色', price=899.9, weight=40} = 广西
Cat{name='小黑', color='黑色', price=899.8, weight=25} = 广州
Cat{name='咪咪', color='白色', price=666.5, weight=40} = 湖北
Cat{name='虾皮', color='黄色', price=566.9, weight=33} = 安徽

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补充知识：集合的嵌套

1、案例导学：统计投票人数

• 需求：
  • 某个班级多名学生，现在需要组成秋游活动，班长提供了四个景点依次是（A、B、C、D），每个学生可以选择多个景点，请统计出最终哪个景点想去的人数最多。
• 分析：
  • 将多名学生选择的数据拿到程序中，需要记住每个学生选择的情况。
  • 定义Map集合用于存储最终统计的结果。

package com.app.d11_map_impl;

import java.util.*;

/**
    目标：通过案例导学，理解集合嵌套
    需求：某个班级多名学生，现在需要组成秋游活动，班长提供了四个景点依次是（A、B、C、D），
         每个学生可以选择多个景点，请统计出最终哪个景点想去的人数最多。
 */
public class MapTest4 {
    public static void main(String[] args) {
//        1、模拟多名学生选择景点，记住每个学生选择的情况
        // a、创建一个集合存储学生选择的景点数据
        Map<String, List<String>> data = new HashMap<>();

        // b、将学生选择的景点数据存入集合中
        List<String> stuSelects1 = new ArrayList<>();           // 创建一个集合用于存储学生选择的景点数据
        Collections.addAll(stuSelects1, "A", "C");     // 存储学生选择的景点数据
        data.put("张飞", stuSelects1);         // 将学生选择的景点数据存入集合

        List<String> stuSelects2 = new ArrayList<>();
        Collections.addAll(stuSelects2, "B", "C", "D");
        data.put("关羽", stuSelects2);

        List<String> stuSelects3 = new ArrayList<>();
        Collections.addAll(stuSelects3, "A", "B", "C", "D");
        data.put("赵云", stuSelects3);

        System.out.println("所有学生的选择情况：" + data);
        // 所有学生的选择情况：{关羽=[B, C, D], 张飞=[A, C], 赵云=[A, B, C, D]}
        //                        values

//        2、统计多名学生的最终投票人数
        // a、创建集合用于统计每个景点的投票人数
        Map<String, Integer> infos = new HashMap<>();

        // b、得到所有人选择的景点数据（值）
        Collection<List<String>> values = data.values();
        //System.out.println("所有人选择的景点数据：" + values);
        // 所有人选择的景点数据：[[B, C, D], [A, C], [A, B, C, D]]
        //                      value

        // c、循环遍历所有人选择的景点数据
        for (List<String> value : values) {
            // [B, C, D]
            //  a
            // d、循环遍历单个人选择的景点数据
            for (String a : value) {
                // e、判断此景点是否存在于集合中
                if (infos.containsKey(a)) {
                    // 存在，说明此景点不是第一次被选择，让其选择数量+1
                    infos.put(a, infos.get(a) + 1);
                }else {
                    // 不存在，说明此景点是第一次被选择，让其选择数量为1
                    infos.put(a, 1);
                }
            }
        }

//        3、统计完每个景点的投票人数，优化输出
        infos.forEach((k, v) -> System.out.println("景点" + k + "的投票人数：" + v));
    }
}

所有学生的选择情况：{关羽=[B, C, D], 张飞=[A, C], 赵云=[A, B, C, D]}
景点A的投票人数：2
景点B的投票人数：2
景点C的投票人数：3
景点D的投票人数：2

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