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使用Map

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我们知道,List是一种顺序列表,如果有一个存储学生Student实例的List,要在List中根据name查找某个指定的Student的分数,应该怎么办?

最简单的方法是遍历List并判断name是否相等,然后返回指定元素:

List<Student> list = ...
Student target = null;
for (Student s : list) {
    if ("Xiao Ming".equals(s.name)) {
        target = s;
        break;
    }
}
System.out.println(target.score);

这种需求其实非常常见,即通过一个键去查询对应的值。使用List来实现存在效率非常低的问题,因为平均需要扫描一半的元素才能确定,而Map这种键值(key-value)映射表的数据结构,作用就是能高效通过key快速查找value(元素)。

Map来实现根据name查询某个Student的代码如下:

import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
----
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Student s = new Student("Xiao Ming", 99);
        Map<String, Student> map = new HashMap<>();
        map.put("Xiao Ming", s); // 将"Xiao Ming"和Student实例映射并关联
        Student target = map.get("Xiao Ming"); // 通过key查找并返回映射的Student实例
        System.out.println(target == s); // true,同一个实例
        System.out.println(target.score); // 99
        Student another = map.get("Bob"); // 通过另一个key查找
        System.out.println(another); // 未找到返回null
    }
}

class Student {
    public String name;
    public int score;
    public Student(String name, int score) {
        this.name = name;
        this.score = score;
    }
}

通过上述代码可知:Map<K, V>是一种键-值映射表,当我们调用put(K key, V value)方法时,就把keyvalue做了映射并放入Map。当我们调用V get(K key)时,就可以通过key获取到对应的value。如果key不存在,则返回null。和List类似,Map也是一个接口,最常用的实现类是HashMap

如果只是想查询某个key是否存在,可以调用boolean containsKey(K key)方法。

如果我们在存储Map映射关系的时候,对同一个key调用两次put()方法,分别放入不同的value,会有什么问题呢?例如:

import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
----
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Map<String, Integer> map = new HashMap<>();
        map.put("apple", 123);
        map.put("pear", 456);
        System.out.println(map.get("apple")); // 123
        map.put("apple", 789); // 再次放入apple作为key,但value变为789
        System.out.println(map.get("apple")); // 789
    }
}

重复放入key-value并不会有任何问题,但是一个key只能关联一个value。在上面的代码中,一开始我们把key对象"apple"映射到Integer对象123,然后再次调用put()方法把"apple"映射到789,这时,原来关联的value对象123就被“冲掉”了。实际上,put()方法的签名是V put(K key, V value),如果放入的key已经存在,put()方法会返回被删除的旧的value,否则,返回null

始终牢记:Map中不存在重复的key,因为放入相同的key,只会把原有的key-value对应的value给替换掉。

此外,在一个Map中,虽然key不能重复,但value是可以重复的:

Map<String, Integer> map = new HashMap<>();
map.put("apple", 123);
map.put("pear", 123); // ok

遍历Map

Map来说,要遍历key可以使用for each循环遍历Map实例的keySet()方法返回的Set集合,它包含不重复的key的集合:

import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
----
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Map<String, Integer> map = new HashMap<>();
        map.put("apple", 123);
        map.put("pear", 456);
        map.put("banana", 789);
        for (String key : map.keySet()) {
            Integer value = map.get(key);
            System.out.println(key + " = " + value);
        }
    }
}

同时遍历keyvalue可以使用for each循环遍历Map对象的entrySet()集合,它包含每一个key-value映射:

import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
----
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Map<String, Integer> map = new HashMap<>();
        map.put("apple", 123);
        map.put("pear", 456);
        map.put("banana", 789);
        for (Map.Entry<String, Integer> entry : map.entrySet()) {
            String key = entry.getKey();
            Integer value = entry.getValue();
            System.out.println(key + " = " + value);
        }
    }
}

MapList不同的是,Map存储的是key-value的映射关系,并且,它不保证顺序。在遍历的时候,遍历的顺序既不一定是put()时放入的key的顺序,也不一定是key的排序顺序。使用Map时,任何依赖顺序的逻辑都是不可靠的。以HashMap为例,假设我们放入"A""B""C"这3个key,遍历的时候,每个key会保证被遍历一次且仅遍历一次,但顺序完全没有保证,甚至对于不同的JDK版本,相同的代码遍历的输出顺序都是不同的!

遍历Map时,不可假设输出的key是有序的!

练习

请编写一个根据name查找score的程序,并利用Map充当缓存,以提高查找效率:

import java.util.*;
----
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        List<Student> list = List.of(
            new Student("Bob", 78),
            new Student("Alice", 85),
            new Student("Brush", 66),
            new Student("Newton", 99));
        var holder = new Students(list);
        System.out.println(holder.getScore("Bob") == 78 ? "测试成功!" : "测试失败!");
        System.out.println(holder.getScore("Alice") == 85 ? "测试成功!" : "测试失败!");
        System.out.println(holder.getScore("Tom") == -1 ? "测试成功!" : "测试失败!");
    }
}

class Students {
    List<Student> list;
    Map<String, Integer> cache;

    Students(List<Student> list) {
        this.list = list;
        cache = new HashMap<>();
    }

    /**
     * 根据name查找score,找到返回score,未找到返回-1
     */
    int getScore(String name) {
        // 先在Map中查找:
        Integer score = this.cache.get(name);
        if (score == null) {
            // TODO:
        }
        return score == null ? -1 : score.intValue();
    }

    Integer findInList(String name) {
        for (var ss : this.list) {
            if (ss.name.equals(name)) {
                return ss.score;
            }
        }
        return null;
    }
}

class Student {
    String name;
    int score;

    Student(String name, int score) {
        this.name = name;
        this.score = score;
    }
}

find-student-score

小结

Map是一种映射表,可以通过key快速查找value

可以通过for each遍历keySet(),也可以通过for each遍历entrySet(),直接获取key-value

最常用的一种Map实现是HashMap


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