【JavaSE全面教学】Java集合框架下Day13（2026年）

写在前面这是JavaSE系列的第13篇。上一篇讲了List家族今天来讲Set和Map。HashMap是面试中问得最多的集合类底层原理必须搞懂。建议收藏反复看。文章目录一、Set集合不可重复1.1 Set的特点1.2 HashSet1.3 LinkedHashSet1.4 TreeSet1.5 Set对比二、Map集合键值对2.1 Map的基本使用2.2 HashMap的常用方法2.3 HashMap的底层原理面试重点2.4 HashMap的面试高频问题2.5 LinkedHashMap2.6 TreeMap2.7 Map对比参考资料三、总结一、Set集合不可重复1.1 Set的特点Set无序、不可重复 ├── HashSet → 基于HashMap无序 ├── LinkedHashSet → 基于LinkedHashMap保持插入顺序 └── TreeSet → 基于TreeMap自动排序1.2 HashSet实际场景在开发登录注册功能时需要判断用户名是否已存在。用List需要遍历查找效率低用HashSet只需O(1)就能判断。importjava.util.HashSet;importjava.util.Set;SetStringsetnewHashSet();// 添加元素自动去重set.add(Java);set.add(Python);set.add(Java);// 重复不会添加set.add(C);System.out.println(set);// [Java, C, Python]顺序不固定// 常用方法set.size();// 3set.contains(Java);// trueset.remove(Python);// 删除set.isEmpty();// falseset.clear();// 清空// 遍历和List一样for(Strings:set){System.out.println(s);}set.forEach(s-System.out.println(s));HashSet去重原理踩坑提醒自定义对象存入HashSet时如果不重写hashCode和equals去重会失效因为默认的hashCode是对象地址每个new出来的对象地址都不同。// HashSet底层是HashMap// 添加元素时先计算hashCode// 如果hashCode相同再调用equals比较// hashCode和equals都相同才认为是重复元素classStudent{Stringname;intage;// 必须重写hashCode和equals才能正确去重Overridepublicbooleanequals(Objecto){if(thiso)returntrue;if(onull||getClass()!o.getClass())returnfalse;Studentstudent(Student)o;returnagestudent.ageObjects.equals(name,student.name);}OverridepublicinthashCode(){returnObjects.hash(name,age);}}SetStudentsetnewHashSet();set.add(newStudent(张三,20));set.add(newStudent(张三,20));// 重复不会添加set.add(newStudent(李四,21));System.out.println(set.size());// 21.3 LinkedHashSet// LinkedHashSet保持插入顺序SetStringsetnewLinkedHashSet();set.add(C);set.add(A);set.add(B);System.out.println(set);// [C, A, B]按插入顺序1.4 TreeSetimportjava.util.TreeSet;// TreeSet自动排序自然排序TreeSetIntegersetnewTreeSet();set.add(30);set.add(10);set.add(20);set.add(10);// 重复不添加System.out.println(set);// [10, 20, 30]自动排序// 自定义排序TreeSetStringset2newTreeSet(Comparator.reverseOrder());set2.add(A);set2.add(C);set2.add(B);System.out.println(set2);// [C, B, A]降序// TreeSet的特有方法TreeSetIntegernumsnewTreeSet(Arrays.asList(1,3,5,7,9));nums.first();// 1最小值nums.last();// 9最大值nums.lower(5);// 3严格小于5的最大值nums.floor(5);// 5小于等于5的最大值nums.higher(5);// 7严格大于5的最小值nums.ceiling(5);// 5大于等于5的最小值nums.subSet(3,7);// [3, 5]3到7之间不含7nums.headSet(5);// [1, 3]小于5nums.tailSet(5);// [5, 7, 9]大于等于51.5 Set对比特性HashSetLinkedHashSetTreeSet底层HashMapLinkedHashMapTreeMap有序性无序插入顺序排序null值允许允许不允许性能O(1)O(1)O(log n)去重依据hashCodeequalshashCodeequalscompareTo二、Map集合键值对2.1 Map的基本使用importjava.util.HashMap;importjava.util.Map;MapString,IntegermapnewHashMap();// 添加键值对map.put(Java,1);map.put(Python,2);map.put(C,3);map.put(Java,10);// key重复value覆盖// 获取值Integervaluemap.get(Java);// 10Integerdefmap.get(Go);// nullkey不存在// 安全获取Integerv2map.getOrDefault(Go,0);// 0key不存在返回默认值// 判断map.containsKey(Java);// truemap.containsValue(1);// false1已被覆盖为10// 删除map.remove(C);// 删除指定key// 遍历// 方式1entrySet推荐for(Map.EntryString,Integerentry:map.entrySet()){System.out.println(entry.getKey() → entry.getValue());}// 方式2keySetfor(Stringkey:map.keySet()){System.out.println(key → map.get(key));}// 方式3forEachJava 8map.forEach((key,val)-System.out.println(key → val));// 方式4valuesfor(Integerv:map.values()){System.out.println(v);}// 大小map.size();// 2map.isEmpty();// falsemap.clear();// 清空2.2 HashMap的常用方法MapString,IntegermapnewHashMap();// putIfAbsentkey不存在才放入map.putIfAbsent(Java,1);// 放入map.putIfAbsent(Java,10);// 不放入key已存在// computeIfAbsentkey不存在才计算map.computeIfAbsent(Python,k-k.length());// Python长度6// computeIfPresentkey存在才计算map.computeIfPresent(Java,(k,v)-v1);// Java的value1// merge合并值map.merge(Java,1,Integer::sum);// Java的value1// replace替换map.replace(Java,100);// 替换Java的value为100// getOrDefaultmap.getOrDefault(Go,0);// Go不存在返回02.3 HashMap的底层原理面试重点面试必问HashMap的底层原理几乎是Java面试的送分题但很多人答不全。下面从数据结构、put过程、扩容机制三个维度彻底讲透。// HashMap底层数组 链表 红黑树JDK 8// 数据结构// 数组的每个位置叫一个桶bucket// 每个桶可以存一个链表或红黑树transientNodeK,V[]table;// 哈希桶数组staticclassNodeK,V{finalinthash;// 哈希值finalKkey;// 键Vvalue;// 值NodeK,Vnext;// 下一个节点链表}// JDK 8之前数组 链表// JDK 8之后数组 链表 红黑树链表长度8时转红黑树put过程图解1. 计算key的hashCode 2. 对hashCode进行扰动处理减少冲突 3. 用(n-1) hash计算桶的位置 4. 如果桶为空直接放入 5. 如果桶不为空 a. 如果key相同覆盖value b. 如果key不同加入链表尾部 c. 如果链表长度8且数组长度64转红黑树 桶数组table ┌─────┬─────┬─────┬─────┬─────┬─────┬─────┬─────┐ │ 0 │ 1 │ 2 │ 3 │ 4 │ 5 │ 6 │ 7 │ ├─────┼─────┼─────┼─────┼─────┼─────┼─────┼─────┤ │null │ [A] │null │ [B] │null │ [C] │null │null │ │ │ ↓ │ │ ↓ │ │ ↓ │ │ │ │ │ [D] │ │ [E] │ │ [F] │ │ │ │ │ ↓ │ │ │ │ ↓ │ │ │ │ │ [G] │ │ │ │ [H] │ │ │ └─────┴─────┴─────┴─────┴─────┴─────┴─────┴─────┘扩容机制经验之谈如果知道数据量大小一定要在创建HashMap时指定初始容量避免频繁扩容影响性能。比如要存1000个元素可以new HashMap(2048)2的幂次方。// 默认初始容量16// 默认负载因子0.75// 扩容阈值16 * 0.75 12// 当元素数量超过阈值时扩容为原来的2倍// 16 → 32 → 64 → 128 → ...// 为什么负载因子是0.75// 太小空间浪费// 太大哈希冲突增多查询效率降低// 0.75是时间和空间的平衡点踩坑提醒HashMap扩容时需要重新计算所有元素的哈希位置rehash这是一个非常耗时的操作。在性能敏感的场景下避免HashMap频繁扩容。2.4 HashMap的面试高频问题问题1hashCode和equals的关系// 1. 两个对象equals为truehashCode必须相同// 2. 两个对象hashCode相同equals不一定为true哈希冲突// 3. 重写equals必须重写hashCode// 正确的hashCode实现OverridepublicinthashCode(){returnObjects.hash(name,age);}Overridepublicbooleanequals(Objecto){if(thiso)returntrue;if(onull||getClass()!o.getClass())returnfalse;Studentstudent(Student)o;returnagestudent.ageObjects.equals(name,student.name);}问题2HashMap为什么线程不安全// JDK 7多线程扩容时可能产生环形链表导致死循环// JDK 8多线程put可能导致数据丢失// 解决方案// 1. ConcurrentHashMap推荐// 2. Collections.synchronizedMap()// 3. Hashtable不推荐锁粒度太大经验之谈实际开发中如果需要线程安全的Map直接用ConcurrentHashMap。它使用分段锁JDK 7或CASsynchronizedJDK 8性能远优于Hashtable。问题3HashMap的key可以为null吗// HashMapkey可以为null只有一个放在桶0// TreeMapkey不能为null需要比较// ConcurrentHashMapkey和value都不能为null2.5 LinkedHashMap实际应用LinkedHashMap的访问顺序模式是实现LRU缓存的基础。很多缓存框架如Guava Cache、LruCache都是基于它实现的。// LinkedHashMap保持插入顺序MapString,IntegermapnewLinkedHashMap();map.put(C,3);map.put(A,1);map.put(B,2);System.out.println(map);// {C3, A1, B2}按插入顺序// 访问顺序LRU缓存MapString,IntegerlrunewLinkedHashMap(16,0.75f,true);lru.put(A,1);lru.put(B,2);lru.get(A);// 访问AA移到最后lru.put(C,3);System.out.println(lru.keySet());// [B, A, C]A被访问过移到后面2.6 TreeMap// TreeMap按key排序TreeMapString,IntegermapnewTreeMap();map.put(C,3);map.put(A,1);map.put(B,2);System.out.println(map);// {A1, B2, C3}按key排序// 自定义排序TreeMapString,Integermap2newTreeMap(Comparator.reverseOrder());map2.put(C,3);map2.put(A,1);System.out.println(map2);// {C3, A1}降序// TreeMap的特有方法TreeMapInteger,StringtreeMapnewTreeMap();treeMap.put(1,A);treeMap.put(3,C);treeMap.put(5,E);treeMap.firstKey();// 1treeMap.lastKey();// 5treeMap.lowerKey(3);// 1treeMap.higherKey(3);// 5treeMap.subMap(1,5);// {1A, 3C}2.7 Map对比特性HashMapLinkedHashMapTreeMapHashtable底层数组链表红黑树数组链表红黑树红黑树数组链表有序性无序插入/访问顺序按key排序无序null key允许1个允许1个不允许不允许null value允许允许不允许不允许线程安全不安全不安全不安全安全性能O(1)O(1)O(log n)O(1)参考资料Oracle官方文档 - Map接口美团技术团队 - Java 8系列之重新认识HashMap三、总结今天我们学习了✅ Set集合的使用和去重原理✅ Map集合的使用✅ HashMap的底层原理数组链表红黑树✅ HashMap的扩容机制✅ LinkedHashMap和TreeMap的特点重点记忆HashSet去重依赖hashCode和equalsHashMap底层是数组链表红黑树负载因子0.75扩容为2倍重写equals必须重写hashCodeConcurrentHashMap是线程安全的HashMap下一步预告Day14我们将学习IO流与文件操作——字节流、字符流、缓冲流、序列化等。互动话题HashMap是面试必问题你被问过哪些HashMap的面试题欢迎在评论区分享如果这篇文章对你有帮助欢迎点赞、收藏这是【JavaSE全面教学】系列的第13篇关注我看完整套教程本文为【JavaSE全面教学】系列第13篇持续更新中…