浅谈HashMap原理，记录entrySet中的一些疑问

Posted 2020-10-09 女友在高考

HashMap的底层的一些变量：

      transient Node<K,V>[] table;        //存储数据的Node数组
      
      transient Set<java.util.Map.Entry<K,V>> entrySet;
      
      transient int size;          //map中存放数据的个数，不等于table.length
      
      transient int modCount;         //修改的次数，防止
      
      int threshold;            //临界值
      
      final float loadFactor;        //扩展因子，一般情况下threshold=table.length*loadFactor;

构造一个空的HashMap时，只有loadFactor被赋值为默认的0.75。代码如下：

       public HashMapMmc(){
          this.loadFactor=DEFAULT_LOAD_FACTOR;
       }

这里我将介绍三个方法,put  get  remove,最后介绍entrySet()遍历。

1. put()方法：

在调用put(key,value)方法时，底层调用的是这个方法:

 final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,
              boolean evict) {
          Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n,i;
          if((tab=table)==null||(n=tab.length)==0)
              n=(tab=resize()).length;
          if((p=tab[i=(n-1)&hash])==null)
              tab[i]=newNode(hash,key,value,null);
          else{
              Node<K,V> e;K k;
              if(p.hash==hash&&((k=p.key)==key||(k!=null&&k.equals(key))))
                e=p;
              else if(p instanceof TreeNode)
                  e=((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this,tab,hash,key,value);
              else{
                  for(int binCount=0;;++binCount){
                      if((e=p.next)==null){
                          p.next=newNode(hash,key,value,null);
                          if(binCount>=TREEIFY_THRESHOLD-1)
                              treeifyBin(tab,hash);
                          break;
                      }
                      if(e.hash==hash&&((k=e.key)==key||(key!=null&&key.equals(k))))
                          break;
                      p=e;
                  }
              }
              if(e!=null){          // existing mapping for key
                  V oldValue=e.value;
                  if(!onlyIfAbsent||oldValue==null)
                      e.value=value;
                  afterNodeAccess(e);
                  return oldValue;
              }
          }
          ++modCount;
          if(++size>threshold)
              resize();
          afterNodeInsertion(evict);
          return null;
      }

这个方法有5个参数，第一个为hash,可以理解为对key经过运算之后的一个值（具体算法:(key==null)?0:(h = key.hashCode())^(h>>>16)),第二个为key，第三个为value，这些都不用说了吧，第四个为onlyIfAbsent,这里代表的是是否覆盖，如果为false,同样的key放在map中，后面放入的值会覆盖原来的值，put方法在调用这个putVal()方法时，onlyIfAbsent写死为false的，所以HashMap中，是没有重复的key值的，后来的value会覆盖原来的value。看下面方法第四个参数：

 public V put(K key,V value ){
          return putVal(hash(key),key,value,false,true);
      }

然后说放入过程：

1. 先检查table够不够存放数据。刚刚new出来的HashMap，table是为空的。在放入时会先进行扩容，按照默认的大小16.

    Node<K,V>[] newTab=(Node<K,V>[])new Node[newCap];

    

2. 计算要放入的位置，HashMap是没有顺序的，默认的16个索引位置中，会随机的找一个放入。（注意：key是可以等于null的，key等于null时，计算出来的索引是0）计算索引的方法是:

   (n-1)&hash                //n代表的是table的length,hash就是上面的第一个参数hash(key);

    

3. 所谓的碰撞问题解析：正常情况下直接放入就行了，但是如果加入的元素和之前的元素计算出来的索引位置是一样的。例如：新建一个HashMap,放入(1,"a")和(17,"b")时，他们计算出来的索引相同，这时第一个Node放入好之后，第二个Node不会在重新在table中占一个索引了，会在同一个索引的Node上形成链表。即Node1.next=Node2.    Node1和Node2都在table数组里同一个索引里面。如果在放入一个(33,"c")，这个其实也是和上面两个计算出来是同一个索引位置，会放在Node2.next=Node3.

4.   p.next=newNode(hash,key,value,null);                  //newNode方法会新声明一个Node

       

   2.  get(Object key)方法：

      知道了put方法，get(Object key)方法就比较简单了，直接通过key算出他在table数组中的索引位置直接获取就行了，因为有可能同一个索引位置放了几个元素，所以他会先找到第一个元素，然后对比hash和key是否都相等。比如，在一个初始的table中，放入(33,"a"),(17,"b")。他们的hash分别为33和17，key也分别为33和17。当我调用get(17)时，先会根据17算出在table中的索引为1，然后取出在这个索引中的第一个元素(33,"aa")，让对比他们的hash和key是否都相等。显而易见，第一个元素的key和hash都是33，而我们想要get的hash和key都是17.所以不相等。那么他就会去获取第一个元素的next是否存在，如果存在会获取出来在判断hash和key是否都相等。

  3. remove(Object key)方法：

   和get(Object key)方法类似，先计算索引位置，找出这个索引位置的第一个Node命名为p,在对比 p的key,hash和参数中的key,根据参数key计算出来的hash是否一样，如果一样那么就在这个索引位置的值设为null。如果在有碰撞的情况下，就会与p.next做对比，如果一样那么p.next将指向这个p.next.next。然后这个元素没有了指针也会就被jvm回收了。

 4.entrySet()方法：

我遍历了一个HashMap看了看，因为想看看他是怎么把碰撞的同一个索引位置的那么多数取出了的，发现这个代码不是很好理解，经过百度和自己猜测，有了一点了解。当时情况是这样的：     

这个在代码中是这样的:调用entrySet方法来遍历出一个个Map.Entry

 

  for(Map.Entry<? extends K,? extends V> e:m.entrySet()){
                  K key=e.getKey();
                  V value=e.getValue();
              }

 

entrySet()方法的代码如下:

 

 public Set<Map.Entry<K, V>> entrySet(){
           Set<Map.Entry<K, V>> es;
           return (es=entrySet)==null?(es=new EntrySet()):es;
       }

 

这个entrySet是等于null的，也就是说每次都是new EntrySet();EntrySet类的代码如下:

   final class EntrySet extends AbstractSet<Map.Entry<K, V>>{
           public final int size(){return size;}
           public final void clear(){HashMapMmc.this.clear();}

           public final Iterator<Map.Entry<K, V>> iterator(){
               return new EntryIterator();
           }
           
           public final boolean contains(Object o){
               if(!(o instanceof Map.Entry))
                   return false;
               Map.Entry<?, ?> e=(Map.Entry<?, ?>) o;
               Object key=e.getKey();
               Node<K,V> candidate=getNode(hash(key),key);
               return candidate!=null&&candidate.equals(o);
           }
           
           public final boolean remove(Object o){
               if(o instanceof Map.Entry){
                   Map.Entry<?, ?> e=(java.util.Map.Entry<?, ?>) o;
                   Object key= e.getKey();
                   Object value=e.getValue();
                   return removeNode(hash(key), key, value, true,true)!=null;
               }
                return false;   
           }
           
           public final Spliterator<Map.Entry<K, V>> spliterator(){
               return new EntrySpliterator<>(HashMapMmc.this,0,-1,0,0);
           }
           
           public final void forEach(Consumer<? super Map.Entry<K, V>> action){
               Node<K,V> [] tab;
               if(action==null)
                   throw new NullPointerException();
               if(size>0&&(tab=table)!=null){
                   int mc=modCount;
                   for(int i=0;i<tab.length;++i){
                       for(Node<K,V> e=tab[i];e!=null;e=e.next)
                           action.accept(e);
                   }
                   if(modCount!=mc)
                       throw new ConcurrentModificationException();
               }
           }
       }

看了EntrySet之后，感觉new EntrySet()里面不应该是空的吗？怎么能够遍历出值来呢？

但是debug了下下面的这个e确实是有值的。最后查找了一下资料得出，增强性for循环内部是使用的iterator方法，又看了看果然EntrySet类中覆写了iterator方法。返回的是一个new EntryIterator()，我又去找EntryIterator类，类里就只有一个方法。然后又发现它继承了HashIterator类，
这个类东西就多了。看下面的代码:

for(Map.Entry<? extends K,? extends V> e:m.entrySet()){}

 abstract class HashIterator{
          Node<K,V> next;
          Node<K,V> current;
          int expectedModeCount;
          int index;
          
          HashIterator(){
              expectedModeCount=modCount;
              Node<K,V>[] t=table;
              current=next=null;
              index=0;
              if(t!=null&&size>0){         //先入先进
                  do{}while(index<t.length&&(next=t[index++])==null);
              }
          }
          
          public final boolean hasNext(){
              return next!=null;
          }
          
          final Node<K,V> nextNode(){
              Node<K,V>[] t;
              Node<K,V> e= next;
              if(modCount!=expectedModeCount)
                  throw new ConcurrentModificationException();
              if(e==null)
                  throw new NoSuchElementException();
              if((next=(current=e).next)==null&&(t=table)!=null){
                  do{}while(index<t.length&&(next=t[index++])==null);
              }
              return e;
          }
          
          public final void remove(){
              Node<K,V> p=current;
              if(p==null)
                  throw new IllegalStateException();
              if(modCount!=expectedModeCount)
                  throw new ConcurrentModificationException();
              current=null;
              K key=p.key;
              removeNode(hash(key),key,null,false,false);
              expectedModeCount=modCount;
          }
      }

可以看出这个HashIterator迭代器的默认构造器中，会初始化一个next的变量，这个变量是在table数组中取得，索引是从0递增的，即先入先出原则。构造初期会从0开始找有值的索引位置，找到后将这个Node赋值给next；然后要遍历的时候是调用nextNode()方法，这个方法是先判断next.next是否为空，如果为空继续往上找有值的索引位置，如果不为空就找next.next。这样就能都遍历出来了，是从索引0到table.length去一个个寻找遍历的。

 

第一次写自己的理解，希望多多指正！