Java集合 -- ArrayList 的扩容机制HashMap 和 Hashtable的区别HashMap 和 HashSet区别HashSet如何检查重复

Posted 2022-03-11 CodeJiao

1. ArrayList 的扩容机制

• 默认容量大小：private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
• 存放元素的数组：transient Object[] elementData;
• 实际元素个数：private int size;

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创建对象时调用的无参构造函数：

//这是一个空的数组
private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = ;
public ArrayList() 
    this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;

• 这段源码说明当你没有向集合中添加任何元素时，集合容量为0。那么默认的10个容量怎么来的呢？

这就得看看add方法的源码了：

add(E e)

public boolean add(E e) 
    ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
    elementData[size++] = e;
    return true;

• 假设你new了一个数组，当前容量为0，size当然也为0。这时调用add方法进入到ensureCapacityInternal(size + 1);

该方法源码如下：

ensureCapacityInternal(int minCapacity)

private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) 
    ensureExplicitCapacity(calculateCapacity(elementData, minCapacity));

• 该方法中的参数minCapacity传入的值为size+1也就是 1，接着我们再进入到calculateCapacity(elementData, minCapacity)里面：

calculateCapacity(Object[] elementData, int minCapacity)

private static int calculateCapacity(Object[] elementData, int minCapacity) 
    if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) 
        return Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
    
    return minCapacity;

• 上文说过，elementData就是存放元素的数组，当前容量为0，if条件成立，返回默认容量DEFAULT_CAPACITY也就是10。这个值作为参数又传入ensureExplicitCapacity(int minCapacity)方法中，进入该方法查看源码：

ensureExplicitCapacity(int minCapacity)

private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) 
    modCount++;
    // overflow-conscious code
    if (minCapacity - elementData.length > 0)
        grow(minCapacity);

• 我们先不要管modCount这个变量。
• 因为elementData数组长度为0，所以if条件成立，调用grow方法，重要的部分来了，我们再次进入到grow方法的源码中：

grow(int minCapacity)

private void grow(int minCapacity) 
    // overflow-conscious code
    int oldCapacity = elementData.length;
    int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
    if (newCapacity - minCapacity < 0)
        newCapacity = minCapacity;
    if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
        newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
    // minCapacity is usually close to size, so this is a win:
    elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);

• 这个方法先声明了一个oldCapacity变量将数组长度赋给它，其值为0；又声明了一个newCapacity变量其值为oldCapacity+一个增量，可以发现这个增量是和原数组长度有关的量，当然在这里也为0。第一个if条件满足，newCapacity的值为10（这就是默认的容量，不理解的话再看看前面）。第二个if条件不成立，也可以不用注意，因为MAX_ARRAY_SIZE的定义如下：

private static final int MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8;

• 这个值太大了以至于第二个if条件没有了解的必要。

• 最后一句话就是为elementData数组赋予了新的长度，Arrays.copyOf()方法返回的数组是新的数组对象，原数组对象不会改变，该拷贝不会影响原来的数组。copyOf()的第二个自变量指定要建立的新数组长度，如果新数组的长度超过原数组的长度，则保留数组默认值。

• 这时候再回到add的方法中，接着就向下执行elementData[size++] = e;到这里为止关于ArrayList就讲解得差不多了，当数组长度为10的时候你们可以试着过一下源码，查一下每次的增量是多少（答案是每次扩容为原来的1.5倍）。

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2. HashMap 和 Hashtable的区别

1. 线程是否安全： HashMap 是非线程安全的，HashTable 是线程安全的；HashTable 内部的方法基本都经过synchronized 修饰。（如果你要保证线程安全的话就使用 ConcurrentHashMap 吧！）；
2. 效率：因为线程安全的问题，HashMap 要比 HashTable 效率高一点。另外，HashTable 基本被淘汰，不要在代码中使用它；
3. 对Null key 和Null value的支持：HashMap 中，null 可以作为键，这样的键只有一个，可以有一个或多个键所对应的值为 null。但是在 HashTable 中 put 进的键值只要有一个 null，直接抛出 NullPointerException。
4. 初始容量大小和每次扩充容量大小的不同 ：
   • 创建时如果不指定容量初始值，Hashtable 默认的初始大小为11，之后每次扩充，容量变为原来的2n+1。HashMap 默认的初始化大小为16。之后每次扩充，容量变为原来的2倍。
   • 创建时如果给定了容量初始值，那么 Hashtable 会直接使用你给定的大小，而 HashMap 会将其扩充为2的幂次方大小（HashMap 中的tableSizeFor()方法保证，下面给出了源代码）。也就是说 HashMap 总是使用2的幂作为哈希表的大小,后面会介绍到为什么是2的幂次方。

HashMap 中带有初始容量的构造函数：

下面这个方法保证了 HashMap 总是使用2的幂作为哈希表的大小。

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3. HashMap 和 HashSet区别

如果你看过 HashSet 源码的话就应该知道：HashSet 底层就是基于 HashMap 实现的。HashSet 的源码非常非常少，因为除了 clone()、writeObject()、readObject()是 HashSet 自己不得不实现之外，其他方法都是直接调用 HashMap 中的方法。

• 点进去HashSet的构造方法，我们发现HashSet就是用HashMap实现的：
  

• 点进去HashSet的put方法，发现就是用的map的put方法（用map的key来保存数据）：
  
  

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4. HashSet如何检查重复

当你把对象加入HashSet时，HashSet会先计算对象的hashcode值来判断对象加入的位置，同时也会与其他加入的对象的hashcode值作比较，如果没有相符的hashcode，HashSet会假设对象没有重复出现。但是如果发现有相同hashcode值的对象，这时会调用equals（）方法来检查hashcode相等的对象是否真的相同。如果两者相同，HashSet就不会让加入操作成功。

hashCode（）与equals（）的相关规定：

1. 如果两个对象相等，则hashcode⼀定也是相同的。
2. 两个对象相等，对两个equals⽅法返回true。
3. 两个对象有相同的hashcode值，它们也不⼀定是相等的。
4. 综上，equals方法被覆盖过，则hashCode⽅法也必须被覆盖（equals返回true，两个对象就一定相等。而两个对象相等，则hashcode⼀定也是相同的）。
5. hashCode()的默认⾏为是对堆上的对象产⽣独特值。如果没有重写hashCode()，则该class的两个对象⽆论如何都不会相等（即使这两个对象指向相同的数据）。

==与equals的区别:

• ==是判断两个变量或实例是不是指向同一个内存空间 equals是判断两个变量或实例所指向的内存空间的值是不是相同。
• ==是指对内存地址进行比较 equals()是对字符串的内容进行比较。
• ==指引用是否相同 equals()指的是值是否相同。

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