Java Map雙列集合深度解析：HashMap、LinkedHashMap、TreeMap底層原理與實戰應用

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一、Map雙列集合概述

1. 核心特點

• 鍵值對結構：每個元素由鍵（Key）和值（Value）組成。
• 鍵唯一性：鍵不可重復，值可重復。
• 鍵值映射：每個鍵對應唯一的值，通過鍵可快速定位值。

2. 常見實現類

實現類	特點	底層數據結構
HashMap	無序、鍵唯一、查詢高效	數組+鏈表/紅黑樹（JDK8+）
LinkedHashMap	有序（插入/訪問順序）、鍵唯一	哈希表+雙向鏈表
TreeMap	可排序（自然/自定義）、鍵唯一	紅黑樹

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二、Map接口核心方法

方法	說明
V put(K key, V value)	添加鍵值對，返回舊值（若鍵存在）
V remove(Object key)	根據鍵刪除鍵值對，返回刪除的值
boolean containsKey(Object)	判斷是否包含指定鍵
Set<K> keySet()	返回所有鍵的Set集合
Collection<V> values()	返回所有值的Collection集合
Set<Entry<K,V>> entrySet()	返回所有鍵值對的Entry集合

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三、Map遍歷方式詳解

1. 鍵找值遍歷

Map<String, Integer> map = new HashMap<>();
map.put("A", 1);
map.put("B", 2);
for (String key : map.keySet()) {System.out.println(key + ":" + map.get(key));
}

2. 鍵值對遍歷（Entry）

for (Map.Entry<String, Integer> entry : map.entrySet()) {System.out.println(entry.getKey() + "=" + entry.getValue());
}

3. Lambda表達式遍歷（JDK8+）

map.forEach((key, value) -> System.out.println(key + "->" + value));

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四、核心實現類詳解

1. HashMap

底層原理

• JDK8前：數組 + 鏈表。
• JDK8+：數組 + 鏈表 + 紅黑樹（鏈表長度≥8且數組長度≥64時觸發樹化）。
• 哈希沖突解決：鏈地址法（沖突元素形成鏈表或樹）。

擴容機制

• 默認初始容量：16。
• 加載因子：0.75（容量達到75%時擴容為2倍）。

代碼示例

HashMap<String, Integer> hashMap = new HashMap<>();
hashMap.put("Java", 1);
hashMap.put("Python", 2);
System.out.println(hashMap.get("Java")); // 輸出1

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2. LinkedHashMap

核心特點

• 有序性：默認按插入順序，可配置為訪問順序（LRU緩存）。
• 性能：遍歷效率高于HashMap，但插入和刪除略慢。

代碼示例

LinkedHashMap<String, Integer> linkedMap = new LinkedHashMap<>();
linkedMap.put("First", 1);
linkedMap.put("Second", 2);
// 輸出順序固定為插入順序：First=1, Second=2

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3. TreeMap

排序規則

• 自然排序：鍵需實現Comparable接口。
• 比較器排序：通過Comparator自定義規則。

代碼示例

// 按字符串長度排序
TreeMap<String, Integer> treeMap = new TreeMap<>((s1, s2) -> s1.length() - s2.length()
);
treeMap.put("Apple", 3);
treeMap.put("Banana", 6);
// 輸出順序：Apple(5) → Banana(6)

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五、補充知識點

1. HashMap vs Hashtable

特性	HashMap	Hashtable
線程安全	非線程安全	線程安全（同步）
Null鍵/值	允許	不允許
性能	更高	較低

2. 并發場景下的Map選擇

• ConcurrentHashMap：分段鎖或CAS（JDK8+），高并發性能優于Hashtable。

3. Properties類

• 用途：專門處理屬性文件（.properties）。
• 方法：load()讀取文件，store()寫入文件。

4. 紅黑樹特性

• 自平衡二叉查找樹，確保增刪改查時間復雜度為O(log n)。
• 規則：根節點黑、葉子節點黑、紅節點子節點必黑、任意路徑黑節點數相同。

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六、應用場景總結

場景	推薦實現類
高頻查詢，無需順序	HashMap
需保留插入/訪問順序	LinkedHashMap
需鍵排序（自然/自定義）	TreeMap
線程安全需求	ConcurrentHashMap

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七、常見面試題

1. HashMap如何解決哈希沖突？
   鏈地址法：沖突元素以鏈表或紅黑樹形式存儲。

2. LinkedHashMap如何實現LRU緩存？
   構造函數設置accessOrder=true，重寫removeEldestEntry()控制淘汰策略。

3. TreeMap的排序規則如何自定義？
   實現Comparator接口或鍵實現Comparable接口。

4. HashMap為什么線程不安全？
   多線程擴容可能導致鏈表成環，引發死循環（JDK8已優化，但仍需同步控制）。

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