java提高---HashMap解析

Posted 2020-10-17 雨点的名字

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：初始容量和加载因子。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

 

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