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Map 与泛型 - Java 开发指南

Map是一个高效存储键值对的数据结构，在应用开发中扮演着重要角色。本文将详细介绍Map的实现方式、常见实现类以及使用场景，并深入探讨Java中的泛型概念。

Map 的本质

Map是一种数据结构，用于存储键值对。每个键只能对应一个唯一的值，但值可以是多个键映射到它。Map的特点是键的存取是无序的，除非是LinkedHashMap这种有序的实现。此外，Map不允许键重复，但允许值重复。

HashMap 的特点

HashMap是最常用的Map实现类，基于哈希表实现，具有以下特点：

• 线程不安全：适合单线程环境。
• 可以存储null键：但null键不能作为Map的值。
• 扩容方式：当存储元素时，如果哈希溢出或超过负载因子，会扩容，扩容时会将Map的长度翻倍。

![(Map的哈希存储方式)] Map中的键通过哈希值存储，存取时快速定位，若链表长度超过8时会优化为红黑树。

Hashtable 的特点

Hashtable与HashMap类似，但具有线程安全性。使用Hashtable时，所有操作都需进行同步。另外，Hashtable不允许键或值为null，这在处理空值时需要特别注意。

• 线程安全：适合多线程环境的数据共享需求。
• 不允许null键和值：在使用时需注意这一限制。

TreeMap 的特点

TreeMap的特点是基于红黑树实现，键的存储和取出有序。 TreeMap不仅支持自然排序，还支持定制排序、逆序排序以及树形结构，可根据需求进行扩展。

• 自然排序或定制排序：默认为自然排序，支持定制键的比较逻辑。
• TreeEntry结构：Store为节点，包含键和值，树形结构决定了查找效率。

ConcurrentHashMap 的特点

ConCurrentHashMap是针对多线程环境优化的Map实现类，它采用多个哈希链表的方式实现锁粗化，解除简单偏向性的锁并发效率瓶颈。

• 高效多线程：通过细粒化锁控制并发访问，提升性能。
• 扩容过程：在扩容时不会阻止映射操作，提升性能。

LinkedHashMap 的特点

LinkedHashMap与HashMap功能相似，但有以下特点：

• 有序性：按照插入顺序存取数据。
• 双向链表：实现有序存取，支持逆序遍历。

遍历方式

Map的遍历主要有以下三种方式：

以下示例展示如何使用 ConcurrentHashMap 的entrySet()遍历键值对：

ConcurrentHashMap
   
     map = new ConcurrentHashMap<>();
map.put("age", 25);
map.put("height", 180);
Set
    
     
      > entrySet = map.entrySet();
for (Map.Entry
      
        entry : entrySet) {
    System.out.println("key: " + entry.getKey());
    System.out.println("value: " + entry.getValue());
}
      
     
    
   

Properties 的应用

Properties是一个特殊的Hashtable，用于存储键值对的应用配置文件，主要用于减少硬编码依赖，提高程序的灵活性。

Properties 的主要特点

• 键值对类型：键和值都为String类型，限定了 Properties 使用范围。
• 配置文件格式：支持 .properties、 .xml、 .ini、 .yaml 等格式的配置文件读取和解析。
• 易于维护：通过 separated by newline 的格式，支持Unicode编码的配置文件完整性维护。

使用 Properties 读取配置文件

想要将配置文件中的数据读取到程序中，可以按照以下步骤进行：

以下是一个典型的读取和保存配置文件示例：

import java.util.Properties;
public class PropertiesTest {
    public static void main(String[] args) {
        Properties properties = new Properties();
        // 设置 properties
        properties.setProperty("username", "root");
        properties.setProperty("password", "123456");
        // 保存到文件
        properties.store(new FileOutputStream("application.properties"), "保存的注释");
        System.out.println(properties.storeID); // 输出存储的ID
    }
}

配置文件类型判断

配置文件的文件扩展名决定了其类型：

• .properties：使用 Properties 类读取和解析。
• .xml：可选使用 XML 解析器读取。
• .ini:采用 ini4j 或相应库解析。
• .yaml: 使用 snakeyaml 库解析。

泛型的应用

泛型是一种强大的编程概念，可通过指定类型增强程序的可读性和安全性。本节将探讨泛型的作用、使用方法以及注意事项。

泛型的作用

• 类型校验：开发者可以在编译阶段确保类型的正确性。
• 代码简洁性：通过泛型，可以避免强制类型转换，提升代码可读性。
• 代码扩展性：通过泛型接口，程序能够支持多种数据类型增强灵活性。

泛型的使用场景

• 泛型类：在类定义时指定一个或多个类型参数，例如 List
  或 Map<K,V>。
• 泛型方法：在方法签名中定义类型参数，提升方法的通用性。

泛型的上限和下限

通过设置泛型的上限和下限，可进一步增强类型的安全性。例如：

• 返回类型：使用 extends 表示返回值的上限，可以通过扩展关系限定类型。例如：

  public 
       
         T myMethod() { ... }
       

• 参数类型：使用 super 表示类型的下限，可强制指定类型范围。例如：

  public 
       
         void myMethod(T t) { ... }
       

泛型嵌套

泛型的嵌套使得复杂数据结构的设计成为可能。例如，以下 Set 中的元素是 Map：

Set
   
    
     > entrySet = ...;
    
   

泛型注意事项

• 基本数据类型不能使用泛型：如 List