Java Map.put方法全面解析

Java中的Map接口是一个key-value的键值对集合，通过键来标识每个元素，从而可以快速而有效的查找元素。而put方法是Map接口中最为常用的方法之一，本文将从多个方面对put方法做详细阐述。

一、基本功能

Map.put方法用于将一个键值对存入Map中。语法为：

V put(K key, V value)

其中，key是键，value是值。如果HashMap中没有这个键，则将键值对存入HashMap中，并返回null；否则用value替换原有的值，返回旧值。示例代码如下：

Map map = new HashMap();
map.put("A", 1);
map.put("B", 2);
map.put("C", 3);
Integer oldValue = map.put("A", 0);
System.out.println(oldValue);
System.out.println(map);

输出结果为：

1
{A=0, B=2, C=3}

我们可以看到，由于原来有键”A”，所以put方法返回旧值1，并用键”A”对应的新值0替换旧值1。

二、多线程并发问题

在多线程并发场景下，通过put方法向HashMap中添加元素会涉及到线程安全问题。当多个线程同时调用put方法时，可能会引起HashMap的不一致性。

在JDK1.8及之前的版本中，HashMap的并发修改可能会引发无限循环和数据丢失等问题。为了解决这一问题，JDK1.8对HashMap做了一些优化，例如增加了红黑树等。另外，在并发场景下，建议使用ConcurrentHashMap或者同步HashMap，它们可以保证线程安全。示例代码如下：

Map map = new ConcurrentHashMap();
// 或者
Map map = Collections.synchronizedMap(new HashMap());

三、键值类型限制

在使用Map.put方法时，需要注意键值类型的限制。它们都需要定义equals()和hashCode()方法，以保证不同的键具有不同的hashCode值。否则，可能会导致键的重复插入或者查找时出现问题。

例如，如果使用自定义对象作为键，必须重写equals()和hashCode()方法，否则Map.put方法会把两个不同对象当作同一个键。示例代码如下：

class Person {
    private String name;
    public Person(String name) {
        this.name = name;
    }
    public String getName() {
        return name;
    }
    @Override
    public boolean equals(Object obj) {
        if (obj == null || !(obj instanceof Person)) {
            return false;
        }
        Person p = (Person) obj;
        return name.equals(p.getName());
    }
    @Override
    public int hashCode() {
        return name.hashCode();
    }
}

Map map = new HashMap();
map.put(new Person("Tom"), 18);
map.put(new Person("Tom"), 20);
System.out.println(map);

输出结果为：

{Person@7c53f378=20}

由于自定义对象Person没有重写hashCode()方法，因此put方法将两个不同的Person对象看作同一个键，导致无法存放同名Person的不同值。重写hashCode()方法后，上述代码就可以正常运行。

四、性能问题

在大量数据插入Map时，使用循环多次调用put方法的效率不高，会导致时间复杂度变成O(n^2)级别。此时，我们可以使用Map.putAll方法，一次性把多个键值对添加到Map中。示例代码如下：

Map map1 = new HashMap();
map1.put("A", 1);
map1.put("B", 2);
map1.put("C", 3);
Map map2 = new HashMap();
map2.put("D", 4);
map2.put("E", 5);
map1.putAll(map2);
System.out.println(map1);

输出结果为：

{A=1, B=2, C=3, E=5, D=4}

除此之外，我们还可以使用Stream流来快速填充Map。示例代码如下：

Map map = Stream.of(new String[][]{
        {"A", "1"},
        {"B", "2"},
        {"C", "3"}
}).collect(Collectors.toMap(e -> e[0], e -> Integer.valueOf(e[1])));
System.out.println(map);

输出结果为：

{A=1, B=2, C=3}

五、容量和负载因子

HashMap内部使用数组存储键值对，当数组不足以存储所有键值对时，HashMap会自动扩容。扩容时，HashMap会创建一个新的数组，并把所有键值对重新分配到新数组里。对于大规模的数据，这样的操作会比较耗时。

因此，我们需要在创建HashMap对象时指定初始容量和负载因子。容量是指HashMap的底层数组初始长度，负载因子是指底层数组在达到多少满时，需要进行扩容操作。可通过Map.put方法的手动扩容能更好避免系统自动扩容耗费大量的时间。代码示例如下：

Map map = new HashMap(16, 0.75f);
map.put("A", 1);
map.put("B", 2);
System.out.println(map.size());

输出结果为：

2

六、总结

本文从基本功能、多线程并发问题、键值类型限制、性能问题和容量负载因子等方面对Java中Map.put方法进行了详细的分析和解释。希望可以对Java开发工程师有所帮助。