Java Map双列集合深度解析：HashMap、LinkedHashMap、TreeMap底层原理与实战应用

一、Map双列集合概述

1. 核心特点

键值对结构：每个元素由键（Key）和值（Value）组成。
键唯一性：键不可重复，值可重复。
键值映射：每个键对应唯一的值，通过键可快速定位值。

2. 常见实现类

实现类	特点	底层数据结构
`HashMap`	无序、键唯一、查询高效	数组+链表/红黑树（JDK8+）
`LinkedHashMap`	有序（插入/访问顺序）、键唯一	哈希表+双向链表
`TreeMap`	可排序（自然/自定义）、键唯一	红黑树

二、Map接口核心方法

方法	说明
`V put(K key, V value)`	添加键值对，返回旧值（若键存在）
`V remove(Object key)`	根据键删除键值对，返回删除的值
`boolean containsKey(Object)`	判断是否包含指定键
`Set<K> keySet()`	返回所有键的Set集合
`Collection<V> values()`	返回所有值的Collection集合
`Set<Entry<K,V>> entrySet()`	返回所有键值对的Entry集合

三、Map遍历方式详解

1. 键找值遍历

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. 键值对遍历（Entry）

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

3. Lambda表达式遍历（JDK8+）

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

四、核心实现类详解

1. HashMap

底层原理

JDK8前：数组 + 链表。
JDK8+：数组 + 链表 + 红黑树（链表长度≥8且数组长度≥64时触发树化）。
哈希冲突解决：链地址法（冲突元素形成链表或树）。

扩容机制

默认初始容量：16。
加载因子：0.75（容量达到75%时扩容为2倍）。

代码示例

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

2. LinkedHashMap

核心特点

有序性：默认按插入顺序，可配置为访问顺序（LRU缓存）。
性能：遍历效率高于HashMap，但插入和删除略慢。

代码示例

LinkedHashMap<String, Integer> linkedMap = new LinkedHashMap<>();
linkedMap.put("First", 1);
linkedMap.put("Second", 2);
// 输出顺序固定为插入顺序：First=1, Second=2

3. TreeMap

排序规则

自然排序：键需实现Comparable接口。
比较器排序：通过Comparator自定义规则。

代码示例

// 按字符串长度排序
TreeMap<String, Integer> treeMap = new TreeMap<>((s1, s2) -> s1.length() - s2.length()
);
treeMap.put("Apple", 3);
treeMap.put("Banana", 6);
// 输出顺序：Apple(5) → Banana(6)

五、补充知识点

1. HashMap vs Hashtable

特性	HashMap	Hashtable
线程安全	非线程安全	线程安全（同步）
Null键/值	允许	不允许
性能	更高	较低

2. 并发场景下的Map选择

ConcurrentHashMap：分段锁或CAS（JDK8+），高并发性能优于Hashtable。

3. Properties类

用途：专门处理属性文件（.properties）。
方法：load()读取文件，store()写入文件。

4. 红黑树特性

自平衡二叉查找树，确保增删改查时间复杂度为O(log n)。
规则：根节点黑、叶子节点黑、红节点子节点必黑、任意路径黑节点数相同。

六、应用场景总结

场景	推荐实现类
高频查询，无需顺序	`HashMap`
需保留插入/访问顺序	`LinkedHashMap`
需键排序（自然/自定义）	`TreeMap`
线程安全需求	`ConcurrentHashMap`

七、常见面试题

HashMap如何解决哈希冲突？
链地址法：冲突元素以链表或红黑树形式存储。
LinkedHashMap如何实现LRU缓存？
构造函数设置accessOrder=true，重写removeEldestEntry()控制淘汰策略。
TreeMap的排序规则如何自定义？
实现Comparator接口或键实现Comparable接口。
HashMap为什么线程不安全？
多线程扩容可能导致链表成环，引发死循环（JDK8已优化，但仍需同步控制）。