Java Academy · 课时

子映射与范围视图

Q: 「子映射与范围视图」这节课中我会学到什么？

提取 subMap、headMap 和 tailMap 视图，以便在有序映射中进行基于范围的查找 你通过在浏览器中直接运行的动手代码来练习 Java Academy，全天候 AI 导师会在你学习这节课的过程中回答你的问题。

提取 subMap、headMap 和 tailMap 视图，以便在有序映射中进行基于范围的查找

子映射与范围视图 是 CoddyKit 上的免费 Java Academy 课时。这是第 2 节课，共 4 节。你可以在下方免费阅读本课时的完整内容 — 然后在浏览器中使用内置代码编辑器和全天候 AI 导师进行实践。这是 Java Academy 学习路径的一部分，你的进度在网页和 CoddyKit 应用中同步。 Java Academy 课程共包含 4 节课。

TreeMap 中的范围视图

TreeMap 的 subMap、headMap 和 tailMap 返回由原映射支持的视图——它们会反映底层映射中的更改，反之亦然。通过视图进行的更改也会反映到原始映射中。

TreeMap<Integer, String> map = new TreeMap<>();
for (int i = 1; i <= 10; i++) map.put(i * 10, "item" + i);

var view = map.subMap(30, 70); // [30, 70)
System.out.println(view); // {30=item3, 40=item4, 50=item5, 60=item6}

map.put(45, "new"); // also visible through view!
System.out.println(view.containsKey(45)); // true

headMap：边界以下的键

headMap(toKey) 返回所有键严格小于 toKey 的 Entry。使用包含边界的版本 headMap(toKey, true) 可以包含该边界。

TreeMap<String, Integer> words = new TreeMap<>();
"banana cherry apple date elderberry".chars()
    .mapToObj(c -> String.valueOf((char)c)).distinct()
    .forEach(w -> words.put(w, w.length()));
// Actually let's use real words:
TreeMap<String, Integer> wc = new TreeMap<>();
wc.put("apple",5); wc.put("banana",6); wc.put("cherry",6); wc.put("date",4);

System.out.println(wc.headMap("cherry")); // {apple=5, banana=6}

tailMap：从边界开始的键

tailMap(fromKey) 返回所有键大于或等于 fromKey 的 Entry。

TreeMap<Integer, String> grades = new TreeMap<>();
grades.put(50,"F"); grades.put(60,"D"); grades.put(70,"C"); grades.put(80,"B"); grades.put(90,"A");

// All passing grades (>= 60)
var passing = grades.tailMap(60);
System.out.println(passing); // {60=D, 70=C, 80=B, 90=A}

使用包含边界的 subMap

四参数版本 subMap(from, fromInclusive, to, toInclusive) 可以完全控制边界是否包含：

TreeMap<Integer, String> map = new TreeMap<>();
for (int i = 10; i <= 100; i += 10) map.put(i, "v"+i);

// [30, 60] — both inclusive
System.out.println(map.subMap(30, true, 60, true));
// {30=v30, 40=v40, 50=v50, 60=v60}

// (30, 60) — both exclusive
System.out.println(map.subMap(30, false, 60, false));
// {40=v40, 50=v50}

通过视图修改映射

对 subMap 视图执行 put/remove 操作会反映到原始映射中（反之亦然）。尝试插入视图范围之外的键会抛出异常。

TreeMap<Integer, String> map = new TreeMap<>();
for (int i = 1; i <= 5; i++) map.put(i * 10, "v" + i);

var view = map.subMap(20, 40); // [20, 40)
view.remove(20); // removes from both view and original map
System.out.println(map.containsKey(20)); // false

// This would throw IllegalArgumentException:
// view.put(50, "out of range");

使用场景：日志范围查询

使用 TreeMap 的范围视图，检索两个时间戳之间的所有日志条目：

import java.time.*;
TreeMap<LocalDateTime, String> logs = new TreeMap<>();
logs.put(LocalDateTime.of(2024,1,1,8,0), "Server start");
logs.put(LocalDateTime.of(2024,1,1,10,0), "Request spike");
logs.put(LocalDateTime.of(2024,1,1,14,0), "Maintenance");
logs.put(LocalDateTime.of(2024,1,1,18,0), "Server stop");

var morning = logs.subMap(
    LocalDateTime.of(2024,1,1,8,0), true,
    LocalDateTime.of(2024,1,1,12,0), false
);
morning.forEach((t,m) -> System.out.println(t+" : "+m));

使用场景：价格范围查找

将 TreeMap 的键作为价格，查找价格范围内的所有商品：

TreeMap<Double, String> products = new TreeMap<>();
products.put(9.99, "Pen");
products.put(24.99, "Book");
products.put(49.99, "Headphones");
products.put(299.99, "Tablet");

double min = 10.0, max = 100.0;
var affordable = products.subMap(min, true, max, true);
affordable.forEach((p,n) -> System.out.println(n+" $"+p));
// Book $24.99, Headphones $49.99

降序 subMap

在视图上链式调用 descendingMap()，以进行逆序导航：

TreeMap<Integer, String> map = new TreeMap<>();
for (int i = 10; i <= 100; i += 10) map.put(i, "v"+i);

// Get [40, 80] in descending order
map.subMap(40, true, 80, true)
   .descendingMap()
   .forEach((k,v) -> System.out.println(k + "=" + v));
// 80=v80, 70=v70, 60=v60, 50=v50, 40=v40

NavigableMap 接口

NavigableMap 扩展了 SortedMap，增加了 ceiling/floor/higher/lower 键导航以及降序视图。TreeMap 是最常见的实现；ConcurrentSkipListMap 是线程安全的替代方案。

视图的性能

子映射视图的操作（get、put、containsKey）与底层 TreeMap 相同，均为 O(log n)。创建视图本身的复杂度为 O(1)，因为不会发生复制。在视图中扫描 n 个键的范围，复杂度为 O(log N + n)，其中 N 是完整映射的大小。

陷阱：过时的视图

由于视图由原始映射支持，原始映射被清空后，视图可能变为空或抛出异常。请始终说明视图是实时的，不要让它们超出预定的生命周期。

TreeMap<Integer, String> map = new TreeMap<>();
map.put(10, "a"); map.put(20, "b"); map.put(30, "c");

var view = map.subMap(10, 30);
map.clear(); // view becomes empty
System.out.println(view.size()); // 0 — but no exception

快速检查

您在键为 {10,20,30,40,50,60,70,80} 的 TreeMap 上调用 map.subMap(30, false, 70, true)。结果中包含哪些键？

回顾：子映射与范围视图

要点：

subMap、headMap、tailMap 返回实时的支持视图——不会复制
视图中的更改会反映到原始映射中，反之亦然
使用四参数 subMap(from, fromInclusive, to, toInclusive) 完全控制边界
通过视图执行超出范围的 put 会抛出 IllegalArgumentException
范围扫描的复杂度为 O(log N + n)

常见问题解答

「子映射与范围视图」课时是免费的吗？

是的 — 「子映射与范围视图」的完整文本可在网页上免费阅读。要进行交互式练习（内置代码编辑器和全天候 AI 导师）并解锁 Java Academy 课程的其余内容，请升级到 CoddyKit PRO。 Java Academy 课程共包含 4 节课。

「子映射与范围视图」这节课中我会学到什么？

提取 subMap、headMap 和 tailMap 视图，以便在有序映射中进行基于范围的查找你通过在浏览器中直接运行的动手代码来练习 Java Academy，全天候 AI 导师会在你学习这节课的过程中回答你的问题。

学习 Java Academy 需要有经验吗？

无需任何先前经验。CoddyKit 上的 Java Academy 课程适合初学者到高级学习者，你可以从这里开始或从头开始，按照自己的节奏学习。这是第 2 节课，共 4 节。

「子映射与范围视图」课时需要多长时间？

大多数 CoddyKit 课程大约需要 5–10 分钟。每节课都很精短且互动，所以你能稳步进步，并在网页和应用中从离开的地方继续。

我能在这节 Java Academy 课中编写并运行代码吗？

能。每节 Java Academy 课都包含内置代码编辑器，你可以在浏览器中直接编写并运行真实代码，并获得即时 AI 反馈 — 无需本地设置。

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