详细说明Java中Map和Set接口的使用方法

Map与Set的基本概念与场景

Map和set是一种专门用来进行搜索的容器或者数据结构，其搜索的效率与其具体的实例化子类有关。以前常见的搜索方式有：

1. 直接遍历，时间复杂度为O(N)，元素如果比较多效率会非常慢。
2. 二分查找，时间复杂度为 $O(\log _{2}^{N})$ ,但搜索前必须要求序列是有序的。

上述排序比较适合静态类型的查找，即一般不会对区间进行插入和删除操作了，而现实中的查找比如：

1. 根据姓名查询考试成绩
2. 通讯录，即根据姓名查询联系方式
3. 不重复集合，即需要先搜索关键字是否已经在集合中

可能在查找时进行一些插入和删除的操作，即动态查找，那上述两种方式就不太适合了，本节介绍的Map和Set是一种适合动态查找的集合容器。

模型概念

一般把搜索的数据称为关键字（Key），和关键字对应的称为值（Value），将其称之为Key-value的键值对，所以模型会有两种：

纯 key 模型，例如：

有一个英文词典，快速查找一个单词是否在词典中
快速查找某个名字在不在通讯录中

Key-Value 模型，例如：

统计文件中每个单词出现的次数，统计结果是每个单词都有与其对应的次数：<单词，单词出现的次数>
梁山好汉的江湖绰号：每个好汉都有自己的江湖绰号

Map接口的性质

在Java中，Map接口是一个用于存储键值对（key-value pairs）的对象，它属于Java Collections Framework的一部分。Map接口的主要特点包括：

键值对存储：Map存储的数据是以键值对的形式组织的，每个键（key）唯一对应一个值（value）。可以通过键来快速获取对应的值。
无序性：大多数实现类（如HashMap）不会保证元素的顺序，除非使用特定的实现（如LinkedHashMap，它可以保持插入顺序，或者TreeMap，它会按照键的自然顺序或指定的比较器进行排序）。
键的唯一性：在同一个Map中，不能有重复的键。如果试图将一个新的值与已有的键关联，原有的值将被新值替换。
实现类：Java提供了多种Map接口的实现，例如：
- HashMap：基于哈希表的实现，允许null值和null键，查找速度快。
- TreeMap：基于红黑树的实现，支持排序的键，查找速度相对较慢。
- LinkedHashMap：结合了HashMap的哈希表和链表特性，维护插入顺序。
常用方法：Map接口提供了一系列的方法，例如：
- put(K key, V value)：将指定的值与指定的键关联。
- get(Object key)：返回指定键所映射的值。
- remove(Object key)：移除指定键的键值对。
- containsKey(Object key)：检查是否存在指定的键。
- keySet()：返回Map中所有键的集合。
- values()：返回Map中所有值的集合。

总之，Map接口是Java中重要的数据结构之一，方便有效地进行数据的存储和检索，广泛应用于各种场景中。

Map接口的使用方法

put(K key, V value)：将指定的值与指定的键关联。

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Map<String,Integer> map = new TreeMap<>();
        map.put("one",1);
        map.put("two",2);
        map.put("three",3);
        map.put("four",4);
    }
}

get(Object key)：返回指定键所映射的值。

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Map<String,Integer> map = new TreeMap<>();
        map.put("one",1);
        map.put("two",2);
        map.put("three",3);
        map.put("four",4);
        System.out.println(map.get("two"));
    }
}

V getOrDefault(Object key, V defaultValue) ：返回 key 对应的 value，key 不存在，返回默认值

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Map<String,Integer> map = new TreeMap<>();
        map.put("one",1);
        map.put("two",2);
        map.put("three",3);
        map.put("four",4);
        System.out.println(map.getOrDefault("five",-1));
    }
}

Set<K> keySet() ：返回所有 key 的不重复集合，用 Set 容器接收

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Map<String,Integer> map = new TreeMap<>();
        map.put("one",1);
        map.put("two",2);
        map.put("three",3);
        map.put("four",4);
        Set<String> strings = map.keySet();
        
    }
}

Collection<V> values() ：返回所有 value 的可重复集合，用 Collection 容器接收

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Map<String,Integer> map = new TreeMap<>();
        map.put("one",1);
        map.put("two",2);
        map.put("three",3);
        map.put("four",4);
        Collection<Integer> values = map.values();
        System.out.println("==");
    }
}

Set<Map.Entry<K, V>> entrySet() ：返回所有的 key-value 映射关系

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Map<String,Integer> map = new TreeMap<>();
        map.put("one",1);
        map.put("two",2);
        map.put("three",3);
        map.put("four",4);
        Set<Map.Entry<String, Integer>> entries = map.entrySet();
        for (Map.Entry<String, Integer> entry : entries) {
            System.out.println("Key = "+entry.getKey()+" Val = "+entry.getValue());
        }
    }
}

注意：

Map是一个接口，不能直接实例化对象，如果要实例化对象只能实例化其实现类TreeMap或者HashMap
Map中存放键值对的Key是唯一的，value是可以重复的
在TreeMap中插入键值对时，key不能为空，否则就会抛NullPointerException异常，value可以为空。但是HashMap的key和value都可以为空。
Map中的Key可以全部分离出来，存储到Set中来进行访问(因为Key不能重复)。
Map中的value可以全部分离出来，存储在Collection的任何一个子集合中(value可能有重复)。
Map中键值对的Key不能直接修改，value可以修改，如果要修改key，只能先将该key删除掉，然后再来进行重新插入。

Set接口的性质

在Java中，Set接口是一个用于存储唯一元素的集合，它也是Java Collections Framework的一部分。Set接口的主要特点包括：

唯一性：Set中不允许重复的元素，这意味着集合中的每个元素都是唯一的。如果试图添加重复元素，操作将被拒绝，集合的状态不会改变。
无序性：Set通常不保证元素的顺序。尤其是使用HashSet时，元素的存储顺序是随机的。而LinkedHashSet可以维护元素的插入顺序，TreeSet则会按自然顺序或自定义的比较器进行排序。
实现类：Java提供了多种Set接口的实现，包括：
- HashSet：基于哈希表的实现，允许null元素，查找速度快，但不保证元素的顺序。
- LinkedHashSet：结合了哈希表和链表的特性，保持元素的插入顺序。
- TreeSet：基于红黑树的实现，按升序排序元素，不允许null值。
常用方法：Set接口提供了一系列的方法，例如：
- add(E e)：向集合中添加元素，如果元素已存在，则返回false。
- remove(Object o)：移除指定元素。
- contains(Object o)：检查集合中是否包含指定元素。
- size()：返回集合中元素的数量。
- clear()：移除集合中的所有元素。
- iterator()：返回一个迭代器，用于遍历集合中的元素。
应用场景：Set常用于需要存储不重复元素的场景，比如去重、集合运算（如交集、并集和差集）等。

总之，Set接口是Java中重要的数据结构，适合用于处理唯一性要求的数据集合，具有高效的存储和检索特性。

Set接口的使用方法

set 接口中的方法和 Map 接口中的常见方法大差不差，就不一一介绍了。

import java.util.TreeSet;
import java.util.Iterator;
import java.util.Set;
public static void TestSet(){
   Set<String> s = new TreeSet<>();
   // add(key): 如果key不存在，则插入，返回ture
   // 如果key存在，返回false
   boolean isIn = s.add("apple");
   s.add("orange");
   s.add("peach");
   s.add("banana");
   System.out.println(s.size());
   System.out.println(s);
isIn = s.add("apple");
   // add(key): key如果是空，抛出空指针异常
   //s.add(null);
   // contains(key): 如果key存在，返回true，否则返回false
   System.out.println(s.contains("apple"));
   System.out.println(s.contains("watermelen"));
   // remove(key): key存在，删除成功返回true
   //             key不存在，删除失败返回false
   //             key为空，抛出空指针异常
   s.remove("apple");
   System.out.println(s);
   s.remove("watermelen");
   System.out.println(s);
   Iterator<String> it = s.iterator();
   while(it.hasNext()){
       System.out.print(it.next() + " ");
  }
   System.out.println();
}