Java HashSet和HashMap源码剖析
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Java HashSet和HashMap源码剖析
总体介绍
之所以把HashSet和HashMap放在一起讲解,是因为二者在Java里有着相同的实现,前者仅仅是对后者做了一层包装,也就是说HashSet里面有一个HashMap(适配器模式)。因此本文将重点分析HashMap。
HashMap实现了Map接口,允许放入null
元素,除该类未实现同步外,其余跟Hashtable
大致相同,跟TreeMap不同,该容器不保证元素顺序,根据需要该容器可能会对元素重新哈希,元素的顺序也会被重新打散,因此不同时间迭代同一个HashMap的顺序可能会不同。
根据对冲突的处理方式不同,哈希表有两种实现方式,一种开放地址方式(Open addressing),另一种是冲突链表方式(Separate chaining with linked lists)。JavaHashMap采用的是冲突链表方式。
从上图容易看出,如果选择合适的哈希函数,put()
和get()
方法可以在常数时间内完成。但在对HashMap进行迭代时,需要遍历整个table以及后面跟的冲突链表。因此对于迭代比较频繁的场景,不宜将HashMap的初始大小设的过大。
有两个参数可以影响HashMap的性能:初始容量(inital capacity)和负载系数(load factor)。初始容量指定了初始table
的大小,负载系数用来指定自动扩容的临界值。当entry
的数量超过capacity*load_factor
时,容器将自动扩容并重新哈希。对于插入元素较多的场景,将初始容量设大可以减少重新哈希的次数。
方法剖析
get()
get(Object key)
方法根据指定的key
值返回对应的value
,该方法调用了getEntry(Object key)
得到相应的entry
,然后返回entry.getValue()
。因此getEntry()
是算法的核心。
算法思想是首先通过hash()
函数得到对应bucket
的下标,然后依次遍历冲突链表,通过key.equals(k)
方法来判断是否是要找的那个entry
。
上图中hash(k)&(table.length-1)
等价于hash(k)%table.length
,原因是HashMap要求table.length
必须是2的指数,因此table.length-1
就是二进制低位全是1,跟hash(k)
相与会将哈希值的高位全抹掉,剩下的就是余数了。
//getEntry()方法
final Entry<K,V> getEntry(Object key) {
......
int hash = (key == null) ? 0 : hash(key);
for (Entry<K,V> e = table[hash&(table.length-1)];//得到冲突链表
e != null; e = e.next) {//依次遍历冲突链表中的每个entry
Object k;
//依据equals()方法判断是否相等
if (e.hash == hash &&
((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
return e;
}
return null;
}
put()
put(K key, V value)
方法是将指定的key, value
对添加到map
里。该方法首先会对map
做一次查找,看是否包含该元组,如果已经包含则直接返回,查找过程类似于getEntry()
方法;如果没有找到,则会通过addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex)
方法插入新的entry
,插入方式为头插法。
//addEntry()
void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
if ((size >= threshold) && (null != table[bucketIndex])) {
resize(2 * table.length);//自动扩容,并重新哈希
hash = (null != key) ? hash(key) : 0;
bucketIndex = hash & (table.length-1);//hash%table.length
}
//在冲突链表头部插入新的entry
Entry<K,V> e = table[bucketIndex];
table[bucketIndex] = new Entry<>(hash, key, value, e);
size++;
}
remove()
remove(Object key)
的作用是删除key
值对应的entry
,该方法的具体逻辑是在removeEntryForKey(Object key)
里实现的。removeEntryForKey()
方法会首先找到key
值对应的entry
,然后删除该entry
(修改链表的相应指针)。查找过程跟getEntry()
过程类似。
//removeEntryForKey()
final Entry<K,V> removeEntryForKey(Object key) {
......
int hash = (key == null) ? 0 : hash(key);
int i = indexFor(hash, table.length);//hash&(table.length-1)
Entry<K,V> prev = table[i];//得到冲突链表
Entry<K,V> e = prev;
while (e != null) {//遍历冲突链表
Entry<K,V> next = e.next;
Object k;
if (e.hash == hash &&
((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) {//找到要删除的entry
modCount++; size--;
if (prev == e) table[i] = next;//删除的是冲突链表的第一个entry
else prev.next = next;
return e;
}
prev = e; e = next;
}
return e;
}
HashSet
前面已经说过HashSet是对HashMap的简单包装,对HashSet的函数调用都会转换成合适的HashMap方法,因此HashSet的实现非常简单,只有不到300行代码。这里不再赘述。
//HashSet是对HashMap的简单包装
public class HashSet<E>
{
......
private transient HashMap<E,Object> map;//HashSet里面有一个HashMap
// Dummy value to associate with an Object in the backing Map
private static final Object PRESENT = new Object();
public HashSet() {
map = new HashMap<>();
}
......
public boolean add(E e) {//简单的方法转换
return map.put(e, PRESENT)==null;
}
......
}
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