Java Map 教程

Jakob Jenkov 2020-09-21

Java 的 Map 接口（java.util.Map）表示键（key）与值（value）之间的映射关系。更具体地说，Java 的 Map 可以存储键值对（key-value pairs），每个键都关联一个特定的值。一旦将键值对存入 Map，之后就可以仅通过键来查找对应的值。

需要注意的是，Java 的 Map 接口不是 Collection 接口的子类型，因此其行为与其他集合类型略有不同。

Java Map 的实现类

由于 Map 是一个接口，要使用它，必须实例化一个具体的实现类。Java 集合 API 提供了以下 Map 实现：

java.util.HashMap
java.util.Hashtable
java.util.EnumMap
java.util.IdentityHashMap
java.util.LinkedHashMap
java.util.Properties
java.util.TreeMap
java.util.WeakHashMap

根据我的经验，最常用的 Map 实现是 HashMap 和 TreeMap。

这些 Map 实现在迭代元素时的顺序以及插入和访问元素的时间复杂度（大 O 表示法）方面略有不同：

HashMap：将键映射到值，但不保证内部元素的顺序。
TreeMap：也映射键和值，但它能保证迭代键或值时的顺序——即按键或值的排序顺序。

通常，HashMap 是两者中速度更快的实现。因此，只要不需要对 Map 中的元素进行排序，就应优先使用 HashMap；否则使用 TreeMap。

创建 Map

要创建一个 Java Map，必须实例化一个实现了 Map 接口的类。例如：

Map mapA = new HashMap();
Map mapB = new TreeMap();

泛型 Map（Generic Java Map）

默认情况下，你可以将任意 Object 放入 Map。但从 Java 5 开始，泛型（Generics） 允许你限制 Map 中键和值的类型。例如：

Map<String, MyObject> map = new HashMap<String, MyObject>();

这个 Map 现在只接受 String 类型的键和 MyObject 类型的值。这样，在访问和遍历时就不需要强制类型转换：

for (MyObject anObject : map.values()) {
    // 对 anObject 执行操作...
}

for (String key : map.keySet()) {
    MyObject value = map.get(key);
    // 对 value 执行操作...
}

如果已知 Map 中存储的对象类型，建议在声明和创建 Map 时始终指定泛型类型。这有助于避免插入错误类型的对象，并让阅读代码的人更容易理解 Map 的内容。

向 Java Map 中插入元素

要向 Map 添加元素，调用其 put() 方法。例如：

Map<String, String> map = new HashMap<>();
map.put("key1", "element 1");
map.put("key2", "element 2");
map.put("key3", "element 3");

这三次 put() 调用将字符串值映射到字符串键。之后可以通过键获取对应的值（见下文）。

只能插入对象（Only Objects Can Be Inserted）

只有 Java 对象才能作为键或值存入 Map。如果传入基本类型（如 int、double 等），Java 会自动装箱（auto-boxing）为对应的包装类。例如：

map.put("key", 123);

这里的 123 是 int 基本类型，但会被自动装箱为 Integer 对象，因为 put() 方法要求参数为 Object 类型。

使用相同键的后续插入（Subsequent Inserts With Same Key）

一个键在 Map 中只能出现一次。也就是说，同一个键不能对应多个值。如果你多次调用 put() 并使用相同的键，最后一次传入的值会覆盖之前的值。

null 键（Null Keys）

令人惊讶的是，Java Map 允许使用 null 作为键：

Map map = new HashMap();
map.put(null, "value for null key");

要获取 null 键对应的值，只需将 null 作为参数传给 get() 方法：

Map<String, String> map = new HashMap<>();
String value = map.get(null);

null 值（Null Values）

Map 中的值也可以为 null：

map.put("D", null);

之后调用 get("D") 将返回 null。

从另一个 Map 插入所有元素

Map 接口提供了 putAll() 方法，可以将另一个 Map 中的所有键值对复制到当前 Map 中（集合论中称为“并集”）：

Map<String, String> mapA = new HashMap<>();
mapA.put("key1", "value1");
mapA.put("key2", "value2");

Map<String, String> mapB = new HashMap<>();
mapB.putAll(mapA);

执行后，mapB 将包含 mapA 中的所有条目。注意：putAll() 是单向复制。

从 Java Map 中获取元素

使用 get() 方法并通过键来获取值：

Map<String, String> map = new HashMap<>();
map.put("key1", "value 1");
String element1 = map.get("key1"); // 无需强制转换

获取值或默认值（Get or Default Value）

Map 提供 getOrDefault() 方法，当键不存在时返回指定的默认值：

Map<String, String> map = new HashMap<>();
map.put("A", "1");
map.put("B", "2");
map.put("C", "3");

String value = map.getOrDefault("E", "default value"); // 返回 "default value"

检查 Map 是否包含某个键或值

检查键：map.containsKey("123")
检查值：map.containsValue("value 1")

遍历 Java Map 的键

有三种常用方式：

1. 使用键的 Iterator

Iterator<String> iterator = map.keySet().iterator();
while (iterator.hasNext()) {
    String key = iterator.next();
    String value = map.get(key);
}

2. 使用 for-each 循环

for (String key : map.keySet()) {
    String value = map.get(key);
}

3. 使用 Stream（Java 8+）

map.keySet().stream().forEach(key -> {
    System.out.println(key + " -> " + map.get(key));
});

遍历 Java Map 的值

通过 values() 方法获取值的集合：

1. 使用值的 Iterator

Iterator<String> iterator = map.values().iterator();
while (iterator.hasNext()) {
    String value = iterator.next();
}

2. 使用 for-each 循环

for (String value : map.values()) {
    System.out.println(value);
}

3. 使用 Stream

map.values().stream().forEach(System.out::println);

遍历 Java Map 的条目（Entry）

条目（Entry）即键值对。可通过 entrySet() 获取：

1. 使用 Entry Iterator

Iterator<Map.Entry<String, String>> iterator = map.entrySet().iterator();
while (iterator.hasNext()) {
    Map.Entry<String, String> entry = iterator.next();
    String key = entry.getKey();
    String value = entry.getValue();
}

2. 使用 for-each 循环

for (Map.Entry<String, String> entry : map.entrySet()) {
    String key = entry.getKey();
    String value = entry.getValue();
}

从 Java Map 中删除条目

删除指定键：map.remove("key1");
清空所有条目：map.clear();

替换 Map 中的条目

replace() 方法仅在键已存在时才替换值（与 put() 不同）：

map.put("key", "val1");
map.replace("key", "val2"); // 成功替换
map.replace("nonexistent", "val3"); // 无效果

获取 Map 的大小和判断是否为空

条目数量：int size = map.size();
是否为空：boolean empty = map.isEmpty();

Java Map 的函数式操作（Java 8+）

`compute()`

map.compute("123", (key, value) -> 
    value == null ? null : value.toString().toUpperCase()
);

若 lambda 返回 null，则删除该条目。

`computeIfAbsent()`

仅当键不存在时才计算并插入值：

map.computeIfAbsent("123", key -> "abc");

`computeIfPresent()`

仅当键存在时才更新值：

map.computeIfPresent("123", (key, value) -> 
    value.toString().toUpperCase()
);

`merge()`

合并新旧值：

map.merge("123", "XYZ", (oldValue, newValue) -> oldValue + "-" + newValue);

若键不存在，则插入 "XYZ"；
若存在，则合并为 "oldValue-XYZ"。

Java Map 的实现类

创建 Map

泛型 Map（Generic Java Map）

向 Java Map 中插入元素

只能插入对象（Only Objects Can Be Inserted）

使用相同键的后续插入（Subsequent Inserts With Same Key）

null 键（Null Keys）

null 值（Null Values）

从另一个 Map 插入所有元素

从 Java Map 中获取元素

获取值或默认值（Get or Default Value）

检查 Map 是否包含某个键或值

遍历 Java Map 的键

1. 使用键的 Iterator

2. 使用 for-each 循环

3. 使用 Stream（Java 8+）

遍历 Java Map 的值

1. 使用值的 Iterator

2. 使用 for-each 循环

3. 使用 Stream

遍历 Java Map 的条目（Entry）

1. 使用 Entry Iterator

2. 使用 for-each 循环

从 Java Map 中删除条目

替换 Map 中的条目

获取 Map 的大小和判断是否为空

Java Map 的函数式操作（Java 8+）

compute()

computeIfAbsent()

computeIfPresent()

merge()

更多信息

`compute()`

`computeIfAbsent()`

`computeIfPresent()`

`merge()`