HashMap解析(一)

平时一直再用hashmap并没有稍微深入的去了解它,自己花点时间想往里面在深入一点,发现它比arraylist难理解很多。

数据结构中有数组和链表来实现对数据的存储,但这两者基本上是两个极端。

数组:数组存储区间是连续的,占用内存严重,故空间复杂的很大。但数组的二分查找时间复杂度小,为O(1);数组的特点是:寻址容易,插入和删除困难;

链表:链表存储区间离散,占用内存比较宽松,故空间复杂度很小,但时间复杂度很大,达O(N)链表的特点是:寻址困难,插入和删除容易

一、HashMap的数据结构

    HashMap实际上是一个“链表散列”的数据结构,即数组和链表的结合体。看下面图;来理解:

从上图中可以看出,HashMap底层就是一个数组结构,只数组中的每一项又是一个链表。当新建一个HashMap的时候,就会初始化一个数组。

transient Entry[] table;

static class Entry<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
final K key;
V value;
Entry<K,V> next;
final int hash;
……
}

可以看出,Entry就是数组中的元素,每个 Map.Entry 其实就是一个key-value对,它持有一个指向下一个元素的引用,这就构成了链表。

二、HashMap的存取实现

存储

public V put(K key, V value) {
// HashMap允许存放null键和null值。
// 当key为null时,调用putForNullKey方法,将value放置在数组第一个位置。
if (key == null)
return putForNullKey(value);
// 根据key的keyCode重新计算hash值。
int hash = hash(key.hashCode());
// 搜索指定hash值在对应table中的索引。
int i = indexFor(hash, table.length);
// 如果 i 索引处的 Entry 不为 null,通过循环不断遍历 e 元素的下一个元素。
for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) {
Object k;
if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {
V oldValue = e.value;
e.value = value;
e.recordAccess(this);
return oldValue;
}
}
// 如果i索引处的Entry为null,表明此处还没有Entry。
modCount++;
// 将key、value添加到i索引处。
addEntry(hash, key, value, i);
return null;
}

从上面的源代码中可以看出:当我们往HashMap中put元素的时候,先根据key的hashCode重新计算hash值,根据hash值得到这个元素在数组中的位置(即下标), 如果数组该位置上已经存放有其他元素了,那

么在这个位置上的元素将以链表的形式存放,新加入的放在链头,最先加入的放在链尾。如果数组该位置上没有元素,就直接将该元素放到此数组中的该位置上。

ddEntry(hash, key, value, i)方法根据计算出的hash值,将key-value对放在数组table的i索引处。addEntry 是 HashMap 提供的一个包访问权限的方法,代码如下:

void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
// 获取指定 bucketIndex 索引处的 Entry
Entry<K,V> e = table[bucketIndex];
// 将新创建的 Entry 放入 bucketIndex 索引处,并让新的 Entry 指向原来的 Entry
table[bucketIndex] = new Entry<K,V>(hash, key, value, e);
// 如果 Map 中的 key-value 对的数量超过了极限
if (size++ >= threshold)
// 把 table 对象的长度扩充到原来的2倍。
resize(2 * table.length);
}

当系统决定存储HashMap中的key-value对时,完全没有考虑Entry中的value,仅仅只是根据key来计算并决定每个Entry的存储位置。我们完全可以把 Map 集合中的 value 当成 key 的附属,当系统决定了 key 的

存储位置之后,value 随之保存在那里即可。

读取

public V get(Object key) {
if (key == null)
return getForNullKey();
int hash = hash(key.hashCode());
for (Entry<K,V> e = table[indexFor(hash, table.length)];
e != null;
e = e.next) {
Object k;
if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k)))
return e.value;
}
return null;
}

有了上面存储时的hash算法作为基础,理解起来这段代码就很容易了。从上面的源代码中可以看出:

从HashMap中get元素时,首先计算key的hashCode,找到数组中对应位置的某一元素,然后通过key的equals方法在对应位置的链表中找到需要的元素。

归纳

     1)hashMap的key允许为null,当key为null时,调用putForNullKey方法,将value放置在数组第一个位置。

2)判断是否key值唯一的标准,是通过对key值的hashCode计算得出,通过通过key获取value值时也是计算key的hashCode的值去找value值。

3)HashMap 在底层将 key-value 当成一个整体进行处理,这个整体就是一个 Entry 对象。HashMap 底层采用一个 Entry[] 数组来保存所有的 key-value 对,当需要存储一个 Entry 对象时,会根据hash算法来决定

其在数组中的存储位置,在根据equals方法决定其在该数组位置上的链表中的存储位置;当需要取出一个Entry时,也会根据hash算法找到其在数组中的存储位置,再根据equals方法从该位置上的链表中取出该Entry。

三、hashmap源码解读

HashMap有两个参数影响其性能:初始容量加载因子。默认初始容量是16,加载因子是0.75。容量是哈希表中桶(Entry数组)的数量,初始容量只是哈希表在创建时的容量。

加载因子是哈希表在其容量自动增加之前可以达到多满的一种尺度。当哈希表中的条目数超出了加载因子与当前容量的乘积时,通过调用 rehash 方法将容量翻倍。

HashMap中定义的成员变量如下:

static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 16;// 默认初始容量为16,必须为2的幂  

static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;// 最大容量为2的30次方  

static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;// 默认加载因子0.75  

transient Entry<K,V>[] table;// Entry数组,哈希表,长度必须为2的幂  

transient int size;// 已存元素的个数  

int threshold;// 下次扩容的临界值,size>=threshold就会扩容  

final float loadFactor;// 加载因子  

HashMap一共重载了4个构造方法,分别为:

HashMap()
          构造一个具有默认初始容量 (16) 和默认加载因子 (0.75) 的空 HashMap

HashMap(int initialCapacity)
          构造一个带指定初始容量和默认加载因子 (0.75) 的空 HashMap

HashMap(int initialCapacity, float loadFactor)
          构造一个带指定初始容量和加载因子的空 HashMap

HashMap(Map<? extendsK,? extendsV> m)
          构造一个映射关系与指定 Map 相同的 HashMap

看一下第三个构造方法源码,其它构造方法最终调用的都是它。

public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {
// 参数判断,不合法抛出运行时异常
if (initialCapacity < 0)
throw new IllegalArgumentException("Illegal initial capacity: " +
initialCapacity);
if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY)
initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY;
if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor))
throw new IllegalArgumentException("Illegal load factor: " +
loadFactor); // Find a power of 2 >= initialCapacity
// 这里需要注意一下
int capacity = 1;
while (capacity < initialCapacity)
capacity <<= 1; // 设置加载因子
this.loadFactor = loadFactor;
// 设置下次扩容临界值
threshold = (int)Math.min(capacity * loadFactor, MAXIMUM_CAPACITY + 1);
// 初始化哈希表
table = new Entry[capacity];
useAltHashing = sun.misc.VM.isBooted() &&
(capacity >= Holder.ALTERNATIVE_HASHING_THRESHOLD);
init();
}

参考

1、HashMap深度解析(一)

2、  HashMap深度解析(二)

3、  Java容器(四):HashMap(Java 7)的实现原理

4、  图解集合 4 :HashMap

水滴石穿,成功的速度一定要超过父母老去的速度! 少尉【5】

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