Java Map 介面完整解析與實戰應用

Map 核心特性

• 鍵值對映射：Key → Value，Key 唯一，Value 可重複
• 非同步：HashMap 非執行緒安全，Hashtable 同步
• 允許 null：HashMap 允許 null Key/Value，Hashtable 禁止
• 三種視圖：keySet()、values()、entrySet()

主流實作類對比

基本操作範例

Map<String, Integer> scores = new HashMap<>();

// 增/改
scores.put("Alice", 95);
scores.put("Bob", 88);
scores.putIfAbsent("Alice", 100);  // 不覆蓋既有值

// 刪
Integer removed = scores.remove("Bob");
scores.remove("Charlie", 60);  // 僅當值匹配才移除

// 查
Integer alice = scores.get("Alice");
boolean hasBob = scores.containsKey("Bob");
boolean has95 = scores.containsValue(95);

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

// Java 8+ 函數式遍歷
scores.forEach((k, v) -> System.out.println(k + " -> " + v));

// 合併/計算
scores.merge("Alice", 5, Integer::sum);  // 95 + 5 = 100
scores.computeIfAbsent("David", k -> 0); // 不存在則放入 0

Key 設計關鍵規則

重寫 equals() 必須重寫 hashCode()，且兩者必須一致

public class Student {
    private String id;
    private String name;
    
    @Override
    public boolean equals(Object o) {
        if (this == o) return true;
        if (!(o instanceof Student)) return false;
        Student that = (Student) o;
        return Objects.equals(id, that.id);  // 僅用 id 判斷相等
    }
    
    @Override
    public int hashCode() {
        return Objects.hash(id);  // 僅用 id 計算 hash
    }
}

違反規則後果：map.get(key) 回傳 null、無法移除、記憶體洩漏。

進階應用模式

1. 多值映射

// 方案一：List 作為 Value
Map<String, List<String>> groups = new HashMap<>();
groups.computeIfAbsent("Java", k -> new ArrayList<>()).add("Alice");

// 方案二：Guava Multimap / Apache ListValuedMap
// 方案三：Java 9+ Map.merge
groups.merge("Java", new ArrayList<>(List.of("Bob")), (old, nw) -> { old.addAll(nw); return old; });

2. 計數器

Map<String, Long> freq = new HashMap<>();
words.forEach(w -> freq.merge(w, 1L, Long::sum));

3. 分組收集

Map<String, List<User>> byCity = users.stream()
    .collect(Collectors.groupingBy(User::getCity));

效能調優建議

1. 預估容量：`new HashMap<>(expectedSize / 0.75f + 1)` 避免擴容
2. 避免自動裝箱：大量基本型別用 Trove/Guava 原生集合或陣列
3. 高併發選 ConcurrentHashMap：JDK 8+ 採用 CAS + synchronized + 紅黑樹，擴容無鎖
4. 遍歷選 entrySet：單次查找同時取得 Key/Value，避免重複 `get()`

常見坑點