摘要:所謂拉鏈法就是將鏈表和數組相結合。若遇到哈希沖突,則將沖突的值加到鏈表中即可。在編寫程序中,要盡量避免。
目錄:
0-1. 簡介
0-2. 內部結構分析
0-2-1. JDK18之前
0-2-2. JDK18之后
0-3. LinkedList源碼分析
0-3-1. 構造方法
0-3-2. put方法
0-3-3. get方法
0-3-4. resize方法
0-4. HashMap常用方法測試
簡介HashMap主要用來存放鍵值對,它基于哈希表的Map接口實現,是常用的Java集合之一。與HashTable主要區別為不支持同步和允許null作為key和value,所以如果你想要保證線程安全,可以使用ConcurrentHashMap代替而不是線程安全的HashTable,因為HashTable基本已經被淘汰。
內部結構分析 JDK1.8之前:JDK1.8之前HashMap底層是數組和鏈表結合在一起使用也就是鏈表散列。HashMap通過key的hashCode來計算hash值,當hashCode相同時,通過“拉鏈法”解決沖突。
所謂“拉鏈法”就是:將鏈表和數組相結合。也就是說創建一個鏈表數組,數組中每一格就是一個鏈表。若遇到哈希沖突,則將沖突的值加到鏈表中即可。
簡單來說,JDK1.8之前HashMap由數組+鏈表組成的,數組是HashMap的主體,鏈表則是主要為了解決哈希沖突而存在的,如果定位到的數組位置不含鏈表(當前entry的next指向null),那么對于查找,添加等操作很快,僅需一次尋址即可;如果定位到的數組包含鏈表,對于添加操作,其時間復雜度依然為O(1),因為最新的Entry會插入鏈表頭部,急需要簡單改變引用鏈即可,而對于查找操作來講,此時就需要遍歷鏈表,然后通過key對象的equals方法逐一比對查找.
相比于之前的版本,jdk1.8在解決哈希沖突時有了較大的變化,當鏈表長度大于閾值(默認為8)時,將鏈表轉化為紅黑樹,以減少搜索時間。
類的屬性:
public class HashMapextends AbstractMap implements Map , Cloneable, Serializable { // 序列號 private static final long serialVersionUID = 362498820763181265L; // 默認的初始容量是16 static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; // 最大容量 static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30; // 默認的填充因子 static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f; // 當桶(bucket)上的結點數大于這個值時會轉成紅黑樹 static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8; // 當桶(bucket)上的結點數小于這個值時樹轉鏈表 static final int UNTREEIFY_THRESHOLD = 6; // 桶中結構轉化為紅黑樹對應的table的最小大小 static final int MIN_TREEIFY_CAPACITY = 64; // 存儲元素的數組,總是2的冪次倍 transient Node [] table; // 存放具體元素的集 transient Set > entrySet; // 存放元素的個數,注意這個不等于數組的長度。 transient int size; // 每次擴容和更改map結構的計數器 transient int modCount; // 臨界值 當實際大小(容量*填充因子)超過臨界值時,會進行擴容 int threshold; // 填充因子 final float loadFactor; }
(1)loadFactor加載因子
loadFactor加載因子是控制數組存放數據的疏密程度,loadFactor越趨近于1,那么 數組中存放的數據(entry)也就越多,也就越密,也就是會讓鏈表的長度增加,load Factor越小,也就是趨近于0,
loadFactor太大導致查找元素效率低,太小導致數組的利用率低,存放的數據會很分散。loadFactor的默認值為0.75f是官方給出的一個比較好的臨界值。
(2)threshold
threshold = capacity * loadFactor,當Size>=threshold的時候,那么就要考慮對數組的擴增了,也就是說,這個的意思就是 衡量數組是否需要擴增的一個標準。
Node節點類源碼:
// 繼承自 Map.Entrystatic class Node implements Map.Entry { final int hash;// 哈希值,存放元素到hashmap中時用來與其他元素hash值比較 final K key;//鍵 V value;//值 // 指向下一個節點 Node next; Node(int hash, K key, V value, Node next) { this.hash = hash; this.key = key; this.value = value; this.next = next; } public final K getKey() { return key; } public final V getValue() { return value; } public final String toString() { return key + "=" + value; } // 重寫hashCode()方法 public final int hashCode() { return Objects.hashCode(key) ^ Objects.hashCode(value); } public final V setValue(V newValue) { V oldValue = value; value = newValue; return oldValue; } // 重寫 equals() 方法 public final boolean equals(Object o) { if (o == this) return true; if (o instanceof Map.Entry) { Map.Entry,?> e = (Map.Entry,?>)o; if (Objects.equals(key, e.getKey()) && Objects.equals(value, e.getValue())) return true; } return false; } }
樹節點類源碼:
static final class TreeNodeLinkedList源碼分析 構造方法extends LinkedHashMap.Entry { TreeNode parent; // 父 TreeNode left; // 左 TreeNode right; // 右 TreeNode prev; // needed to unlink next upon deletion boolean red; // 判斷顏色 TreeNode(int hash, K key, V val, Node next) { super(hash, key, val, next); } // 返回根節點 final TreeNode root() { for (TreeNode r = this, p;;) { if ((p = r.parent) == null) return r; r = p; }
// 默認構造函數。 public More ...HashMap() { this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR; // all other fields defaulted } // 包含另一個“Map”的構造函數 public More ...HashMap(Map extends K, ? extends V> m) { this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR; putMapEntries(m, false);//下面會分析到這個方法 } // 指定“容量大小”的構造函數 public More ...HashMap(int initialCapacity) { this(initialCapacity, DEFAULT_LOAD_FACTOR); } // 指定“容量大小”和“加載因子”的構造函數 public More ...HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) { 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); this.loadFactor = loadFactor; this.threshold = tableSizeFor(initialCapacity); }
putMapEntries方法:
final void putMapEntries(Map extends K, ? extends V> m, boolean evict) { int s = m.size(); if (s > 0) { // 判斷table是否已經初始化 if (table == null) { // pre-size // 未初始化,s為m的實際元素個數 float ft = ((float)s / loadFactor) + 1.0F; int t = ((ft < (float)MAXIMUM_CAPACITY) ? (int)ft : MAXIMUM_CAPACITY); // 計算得到的t大于閾值,則初始化閾值 if (t > threshold) threshold = tableSizeFor(t); } // 已初始化,并且m元素個數大于閾值,進行擴容處理 else if (s > threshold) resize(); // 將m中的所有元素添加至HashMap中 for (Map.Entry extends K, ? extends V> e : m.entrySet()) { K key = e.getKey(); V value = e.getValue(); putVal(hash(key), key, value, false, evict); } } }put方法
HashMap只提供了put用于添加元素,putVal方法只是給put方法調用的一個方法,并沒有提供給用戶使用。
public V put(K key, V value) { return putVal(hash(key), key, value, false, true); } final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent, boolean evict) { Nodeget方法[] tab; Node p; int n, i; // table未初始化或者長度為0,進行擴容 if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0) n = (tab = resize()).length; // (n - 1) & hash 確定元素存放在哪個桶中,桶為空,新生成結點放入桶中(此時,這個結點是放在數組中) if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null) tab[i] = newNode(hash, key, value, null); // 桶中已經存在元素 else { Node e; K k; // 比較桶中第一個元素(數組中的結點)的hash值相等,key相等 if (p.hash == hash && ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) // 將第一個元素賦值給e,用e來記錄 e = p; // hash值不相等,即key不相等;為紅黑樹結點 else if (p instanceof TreeNode) // 放入樹中 e = ((TreeNode )p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value); // 為鏈表結點 else { // 在鏈表最末插入結點 for (int binCount = 0; ; ++binCount) { // 到達鏈表的尾部 if ((e = p.next) == null) { // 在尾部插入新結點 p.next = newNode(hash, key, value, null); // 結點數量達到閾值,轉化為紅黑樹 if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st treeifyBin(tab, hash); // 跳出循環 break; } // 判斷鏈表中結點的key值與插入的元素的key值是否相等 if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) // 相等,跳出循環 break; // 用于遍歷桶中的鏈表,與前面的e = p.next組合,可以遍歷鏈表 p = e; } } // 表示在桶中找到key值、hash值與插入元素相等的結點 if (e != null) { // 記錄e的value V oldValue = e.value; // onlyIfAbsent為false或者舊值為null if (!onlyIfAbsent || oldValue == null) //用新值替換舊值 e.value = value; // 訪問后回調 afterNodeAccess(e); // 返回舊值 return oldValue; } } // 結構性修改 ++modCount; // 實際大小大于閾值則擴容 if (++size > threshold) resize(); // 插入后回調 afterNodeInsertion(evict); return null; }
public V get(Object key) { Noderesize方法e; return (e = getNode(hash(key), key)) == null ? null : e.value; } final Node getNode(int hash, Object key) { Node [] tab; Node first, e; int n; K k; if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 && (first = tab[(n - 1) & hash]) != null) { // 數組元素相等 if (first.hash == hash && // always check first node ((k = first.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) return first; // 桶中不止一個節點 if ((e = first.next) != null) { // 在樹中get if (first instanceof TreeNode) return ((TreeNode )first).getTreeNode(hash, key); // 在鏈表中get do { if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) return e; } while ((e = e.next) != null); } } return null; }
進行擴容,會伴隨著一次重新hash分配,并且會遍歷hash表中所有的元素,是非常耗時的。在編寫程序中,要盡量避免resize。
final NodeHashMap常用方法測試[] resize() { Node [] oldTab = table; int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length; int oldThr = threshold; int newCap, newThr = 0; if (oldCap > 0) { // 超過最大值就不再擴充了,就只好隨你碰撞去吧 if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) { threshold = Integer.MAX_VALUE; return oldTab; } // 沒超過最大值,就擴充為原來的2倍 else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY && oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY) newThr = oldThr << 1; // double threshold } else if (oldThr > 0) // initial capacity was placed in threshold newCap = oldThr; else { signifies using defaults newCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY; newThr = (int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY); } // 計算新的resize上限 if (newThr == 0) { float ft = (float)newCap * loadFactor; newThr = (newCap < MAXIMUM_CAPACITY && ft < (float)MAXIMUM_CAPACITY ? (int)ft : Integer.MAX_VALUE); } threshold = newThr; @SuppressWarnings({"rawtypes","unchecked"}) Node [] newTab = (Node [])new Node[newCap]; table = newTab; if (oldTab != null) { // 把每個bucket都移動到新的buckets中 for (int j = 0; j < oldCap; ++j) { Node e; if ((e = oldTab[j]) != null) { oldTab[j] = null; if (e.next == null) newTab[e.hash & (newCap - 1)] = e; else if (e instanceof TreeNode) ((TreeNode )e).split(this, newTab, j, oldCap); else { Node loHead = null, loTail = null; Node hiHead = null, hiTail = null; Node next; do { next = e.next; // 原索引 if ((e.hash & oldCap) == 0) { if (loTail == null) loHead = e; else loTail.next = e; loTail = e; } // 原索引+oldCap else { if (hiTail == null) hiHead = e; else hiTail.next = e; hiTail = e; } } while ((e = next) != null); // 原索引放到bucket里 if (loTail != null) { loTail.next = null; newTab[j] = loHead; } // 原索引+oldCap放到bucket里 if (hiTail != null) { hiTail.next = null; newTab[j + oldCap] = hiHead; } } } } } return newTab; }
package map; import java.util.Collection; import java.util.HashMap; import java.util.Set; public class HashMapDemo { public static void main(String[] args) { HashMapmap = new HashMap (); // 鍵不能重復,值可以重復 map.put("san", "張三"); map.put("si", "李四"); map.put("wu", "王五"); map.put("wang", "老王"); map.put("wang", "老王2");// 老王被覆蓋 map.put("lao", "老王"); System.out.println("-------直接輸出hashmap:-------"); System.out.println(map); /** * 遍歷HashMap */ // 1.獲取Map中的所有鍵 System.out.println("-------foreach獲取Map中所有的鍵:------"); Set keys = map.keySet(); for (String key : keys) { System.out.print(key+" "); } System.out.println();//換行 // 2.獲取Map中所有值 System.out.println("-------foreach獲取Map中所有的值:------"); Collection values = map.values(); for (String value : values) { System.out.print(value+" "); } System.out.println();//換行 // 3.得到key的值的同時得到key所對應的值 System.out.println("-------得到key的值的同時得到key所對應的值:-------"); Set keys2 = map.keySet(); for (String key : keys2) { System.out.print(key + ":" + map.get(key)+" "); } /** * 另外一種不常用的遍歷方式 */ // 當我調用put(key,value)方法的時候,首先會把key和value封裝到 // Entry這個靜態內部類對象中,把Entry對象再添加到數組中,所以我們想獲取 // map中的所有鍵值對,我們只要獲取數組中的所有Entry對象,接下來 // 調用Entry對象中的getKey()和getValue()方法就能獲取鍵值對了 Set > entrys = map.entrySet(); for (java.util.Map.Entry entry : entrys) { System.out.println(entry.getKey() + "--" + entry.getValue()); } /** * HashMap其他常用方法 */ System.out.println("after map.size():"+map.size()); System.out.println("after map.isEmpty():"+map.isEmpty()); System.out.println(map.remove("san")); System.out.println("after map.remove():"+map); System.out.println("after map.get(si):"+map.get("si")); System.out.println("after map.containsKey(si):"+map.containsKey("si")); System.out.println("after containsValue(李四):"+map.containsValue("李四")); System.out.println(map.replace("si", "李四2")); System.out.println("after map.replace(si, 李四2):"+map); } }
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