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理解HashMap
2016-11-08 09:42:00         来源:linsawako  
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一、HashMap定义
HashMap实现了Map接口,继承AbstractMap。其中Map接口定义了键映射到值的规则,而AbstractMap类提供 Map 接口的骨干实现。HashMap 的实现不是同步的,这意味着它不是线程安全的。
JDK8中HashMap的新特性
如果某个桶中的链表记录过大的话(当前是TREEIFY_THRESHOLD = 8),就会把这个链动态变成红黑二叉树,使查询最差复杂度由O(N)变成了O(logN)。

public class HashMap extends AbstractMap
    implements Map, Cloneable, Serializable

二、HashMap的属性

static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; // aka 16

static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;//默认的加载因子

//table是一个Entry[]数组类型,而Entry实际上就是一个单向链表。
transient Node[] table;

//规则集set,不会有重复的
transient Set> entrySet;

//大小
transient int size;

//修改次数,用来实现fail-fast机制
transient int modCount;

// 下次扩容的临界值,size>=threshold就会扩容,threshold等于capacity*load factor
int threshold;

// 加载因子
final float loadFactor;

Fail-Fast 机制 我们知道 java.util.HashMap
不是线程安全的,因此如果在使用迭代器的过程中有其他线程修改了map,那么将抛出ConcurrentModificationException,这就是所谓fail-fast策略。这一策略在源码中的实现是通过
modCount 域,modCount 顾名思义就是修改次数,对HashMap
内容的修改都将增加这个值,那么在迭代器初始化过程中会将这个值赋给迭代器的 expectedModCount。在迭代过程中,判断
modCount 跟 expectedModCount 是否相等,如果不相等就表示已经有其他线程修改了 Map

三、HashMap储存
HashMap使用了一个内部类Entry来存储数据。这个内部类是一个简单的键值对,并带有额外两个数据:

一个指向其他入口的引用,这样HashMap可以存储类似链接列表这样的对象。
一个用来代表键的哈希值,存储这个值可以避免HashMap在每次需要时都重新生成键所对应的哈希值。
static class Node implements Map.Entry {
        final int hash;//键对应的hash值
        final K key;
        V value;
        Node next;//指向下一个结点

        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; }

        public final int hashCode() {
            return Objects.hashCode(key) ^ Objects.hashCode(value);
        }

    //设置新值并返回旧的
        public final V setValue(V newValue) {
            V oldValue = value;
            value = newValue;
            return oldValue;
        }

    //如果Entry相等或者Entry的value、key相等,则返回true
        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;
        }
    }

HashMap是基于数组和链表来实现的。
数组并不保存键本身,而是通过键对象生成的数字,将其作为数组的下标,由覆盖的hashCode()方法生成。通过散列码决定它存储的位置(将实际散列表的数组命名为桶bucket)。
不同的键可能产生相同的下标,也就是冲突,HashMap使用链表处理冲突。数组并不直接保存值,而是保存值得list,然后对list的值使用equals方法进行线性查询。

四、HashMap的构造函数

//指定容量和加载因子
 public 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);
    }

    //指定容量
    public HashMap(int initialCapacity) {
        this(initialCapacity, DEFAULT_LOAD_FACTOR);//使用默认的加载因子
    }


    public HashMap() {
        this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR;// 全部fields为默认值
    }

//构造一个指定map的HashMap
    public HashMap(Map m) {
        this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR;
        putMapEntries(m, false);
    }

容量表示哈希表中桶的数量。
加载因子是表示Hash表中元素的填满的程度.加载因子越大,填满的元素越多,空间利用率高了,但冲突的机会加大了。反之,加载因子越小,填满的元素越少,冲突的机会减小了,但空间浪费多了.

五、put

 static final int hash(Object key) {
        int h;
        return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
    }

hash方法是对hashcode进行二次散列,以获得更好的散列值

final void putMapEntries(Map m, boolean evict) {
        int s = m.size();
        if (s > 0) {
            if (table == null) { // pre-size
                float ft = ((float)s / loadFactor) + 1.0F;
                int t = ((ft < (float)MAXIMUM_CAPACITY) ?
                         (int)ft : MAXIMUM_CAPACITY);
                if (t > threshold)
                    threshold = tableSizeFor(t);
            }
            else if (s > threshold)//如果map的大小大于临界值
                resize();//从新分配大小
            for (Map.Entry e : m.entrySet()) {
                K key = e.getKey();
                V value = e.getValue();
                putVal(hash(key), key, value, false, evict);
            }
        }
    }

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) {
        Node[] tab; Node p; int n, i;
        //桶为空时创建
        if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
            n = (tab = resize()).length;
            //取模运算后的到数组的下标
        if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
            tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
            //为空时创建新的结点
        else {
        //如果已经存在
            Node e; K k;
            //若key值和已有的相同
            if (p.hash == hash &&
                ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                e = p;
             //红黑树
            else if (p instanceof TreeNode)
                e = ((TreeNode)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
            else {
                for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
                    if ((e = p.next) == null) {
                    //增加结点
                        p.next = newNode(hash, key, value, null);
                        if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st
                            treeifyBin(tab, hash);
                        break;
                    }
                    //已有时不添加
                    if (e.hash == hash &&
                        ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                        break;
                    p = e;//p指向末尾
                }
            }

    //已存在相同的结点
            if (e != null) { // existing mapping for key
                V oldValue = e.value;
                if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
                    e.value = value;//用新的代替
                afterNodeAccess(e);
                return oldValue;//返回旧结点的值
            }
        }
        ++modCount;
        if (++size > threshold)
            resize();
        afterNodeInsertion(evict);
        return null;
    }

六、get

//如果Entry相等或者Entry的value、key相等,则返回true
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;
        }
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) {
            if (first.hash == hash && // always check first node
                ((k = first.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                return first;//如果第一个就equals,则返回
            if ((e = first.next) != null) {
                if (first instanceof TreeNode)
                    return ((TreeNode)first).getTreeNode(hash, key);
                do {
                //循环遍历
                    if (e.hash == hash &&
                        ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                        return e;
                } while ((e = e.next) != null);
            }
        }
        return null;
    }

七、entrySet

Entry使用规则集Set存储

transient Set> entrySet;

使用entrySet()返回一个包含图中条目的规则集

public Set> entrySet() {
        Set> es;
        return (es = entrySet) == null ? (entrySet = new EntrySet()) : es;
        //为空时创建
    }
    final class EntrySet extends AbstractSet> {
    //...
    }

八、Values

返回包含图中值得集合Collection

 public Collection values() {
        Collection vs = values;
        if (vs == null) {
            vs = new Values();
            values = vs;
        }
        return vs;
    }
    final class Values extends AbstractCollection {
        //...
    }

九、KeySet

返回包含图中键值的一个规则集

 public Set keySet() {
        Set ks = keySet;
        if (ks == null) {
            ks = new KeySet();
            keySet = ks;
        }
        return ks;
    }

    final class KeySet extends AbstractSet {
     //...
    }
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