分析輪子（十）- HashMap.java 之概念梳理

注：玩的是JDK1.7版本html

一：仍是原來的風格，先上一下類的繼承關係圖，這樣可以比較清楚的知道此類的相關特性java

二：HashMap.java 的代碼比較難看，因此，我看了幾天，寫的話也分開來寫，這樣能表達的更清晰，HashMap.java 的底層數據結構，本質是單向鏈表數組，以下所示是單向鏈中節點的結構信息數組

三：既然 HashMap.java 的底層數據結構是單向鏈表數組，那麼咱們即可以想象一下數組和單向鏈表這兩種數據結構的特色，而後再回頭想一想 HashMap.java 的實現，而後再看源碼就更容易理解了，以下所示是可能的結構樣子。安全

1）一般應該是以下所示的結構形式，哈希值比較均勻，部分存在衝突數據結構

2）極端狀況多是以下所示的結構形式，存在大量衝突，單向鏈表數組變成了單向鏈表app

3）極端狀況多是以下所示的結構形式，沒有任何衝突，單向鏈表數組變成了簡單的數組性能

四：看完如上 HashMap.java 的底層數據結構的可能呈現的樣子以後，咱們再看一下 HashMap.java 中的有關屬性，我的感受可能的結構瞭解後，更容易理解這些屬性的本質，注意：HashMap.java 的特色是可動態擴容哈！測試

1）HashMap的默認初始化容量（16），表示HashMap當前最多可以裝載16個元素，注意：必須是2的冪次方this

/** * The default initial capacity - MUST be a power of two. */
    static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; // aka 16

2）HashMap的最大容量 2的30次方=1073741824url

/** * The maximum capacity, used if a higher value is implicitly specified * by either of the constructors with arguments. * MUST be a power of two <= 1<<30. */
    static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;

3）HashMap默認的裝載因子（0.75f），用於衡量HashMap滿的程度，0.75=3/4，換言之當HashMap中的元素超過當前容量的3/4的時候，HashMap就會進行動態的擴容

/** * The load factor used when none specified in constructor. */
    static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;

4）HashMap沒有真正放置元素時，是一個空數組

/** * An empty table instance to share when the table is not inflated. */
    static final Entry<?,?>[] EMPTY_TABLE = {};

5）HashMap沒有真正放置元素時，是一個空數組，注意：HashMap的容量長度必須是2的冪次方

/** * The table, resized as necessary. Length MUST Always be a power of two. */
    transient Entry<K,V>[] table = (Entry<K,V>[]) EMPTY_TABLE;

6）HashMap中 key-value mapping 映射對的個數

/** * The number of key-value mappings contained in this map. */
    transient int size;

7）HashMap 動態擴容的臨界值，每當 size>threshold 的時候，HashMap 就會動態擴容了，threshold = capacity * load factor

/** * The next size value at which to resize (capacity * load factor). * @serial
     */
    // If table == EMPTY_TABLE then this is the initial capacity at which the // table will be created when inflated.
    int threshold;

8）裝載因子，用於 HashMap 是否進行動態擴容計算的變量之一，默認值是0.75f，如無必要一般沒必要改變

/** * The load factor for the hash table. * * @serial
     */
    final float loadFactor;

五：實驗實驗，玩一把，看看什麼狀況

1）結論性信息的都放在了代碼註釋之中，以下所示（能夠本身動手調整一下參數配置，跑跑看）

/** * @description：玩一把HashMap * @author：godtrue * @create：2018-09-28 */
public class TestMap { /** * 開始循環的基數 */
    public static final int START_LOOP=1; /** * 結束循環的基數 */
    public static final int END_LOOP=17; /** * *@description: 測試入口，主方法 *@param args *@return: void *@author: godtrue *@createTime: 2018-09-28 9:53 *@version: v1.0 */
    public static void main(String[] args) { /** * 此處能夠調用不一樣的構造方法來觀察，HashMap 的容量、裝載因子、擴容臨界值、K-V映射對的個數等重點參數之間的關係 * 重點強調一次 * 1：capacity 容量——HashMap最多能裝載元素個數 * 2：loadFactor 裝載因子——表示HashMap滿的程度，判斷HashMap是否擴容的變量之一 * 3：threshold 擴容臨界值——判斷HashMap是否擴容的標準（ threshold = capacity * loadFactor ） * 4：size HashMap 已經裝載的元素個數——已經轉載進入HashMap的 K-V mapping 映射對的個數 * * 5：HashMap 可以動態擴容，當 size > threshold 時 HashMap，便會自動庫容，每次擴容的長度是原來 容量 的 2 倍 * 6：HashMap 的 key 和 value 均可覺得 null * 7：HashMap 是非線程安全的 * */
        //Map hashMap = new HashMap<String,String>();
        Map hashMap = new HashMap<String,String>(1); for(int i = TestMap.START_LOOP;i<TestMap.END_LOOP;i++){ /** * 此處能夠控制 key 值，來觀察一下運行的狀況 */
            //hashMap.put(null,"i am godtrue"+i); //hashMap.put("godtrue","i am godtrue"+i);
            hashMap.put("godtrue"+i,"i am godtrue"+i); printMapInfo(hashMap,i); } System.out.println("hashMap is : "+hashMap); } /** * *@description: 將 Map 的參數信息打印到控制檯，主要是打印 容量、裝載因子、擴容臨界值、K-V映射對的個數 等參數信息 *@param map *@param i *@return: void *@author: godtrue *@createTime: 2018-09-28 *@version: v1.0 */
    private synchronized static void printMapInfo(Map map,int i){ System.out.println("添加第 "+i +" 個元素後"); printMapMethodInfo(map,"capacity"); printMapFieldInfo(map,"loadFactor"); printMapFieldInfo(map,"threshold"); printMapFieldInfo(map,"size"); System.out.println("***********************************************\n"); } /** * *@description: 將 Map 的屬性信息打印到控制檯，主要是打印 裝載因子、擴容臨界值、K-V映射對的個數 等參數信息 *@param map *@param property *@return: void *@author: godtrue *@createTime: 2018-09-28 *@version: v1.0 */
    private static void printMapFieldInfo(Map map,String property){ try { Class<?> mapType = map.getClass(); Field field = mapType.getDeclaredField(property); field.setAccessible(true); System.out.println(field +" : "+ field.get(map)); }catch (Exception e){ System.err.println("e is :"+e); e.printStackTrace(); } } /** * *@description: 將 Map 的方法信息打印到控制檯，主要是想打印 容量 的信息 *@param map *@param property *@return: void *@author: godtrue *@createTime: 2018-09-28 *@version: v1.0 */
    private static void printMapMethodInfo(Map map,String property){ try { Class<?> mapType = map.getClass(); Method method = mapType.getDeclaredMethod(property); method.setAccessible(true); System.out.println(method +" : "+ method.invoke(map)); }catch (Exception e){ System.err.println("e is :"+e); e.printStackTrace(); } } }

2）仔細觀察以下日誌，能夠印證上述代碼註釋中的部分結論，注意：請重點關注 capacity、loadFactor、threahold、size之間的變化關係

添加第 1 個元素後 int java.util.HashMap.capacity() : 1
final float java.util.HashMap.loadFactor : 0.75
int java.util.HashMap.threshold : 0
transient int java.util.HashMap.size : 1
*********************************************** 添加第 2 個元素後 int java.util.HashMap.capacity() : 2 //擴容
final float java.util.HashMap.loadFactor : 0.75
int java.util.HashMap.threshold : 1
transient int java.util.HashMap.size : 2
*********************************************** 添加第 3 個元素後 int java.util.HashMap.capacity() : 4 //擴容
final float java.util.HashMap.loadFactor : 0.75
int java.util.HashMap.threshold : 3
transient int java.util.HashMap.size : 3
*********************************************** 添加第 4 個元素後 int java.util.HashMap.capacity() : 4
final float java.util.HashMap.loadFactor : 0.75
int java.util.HashMap.threshold : 3
transient int java.util.HashMap.size : 4
*********************************************** 添加第 5 個元素後 int java.util.HashMap.capacity() : 8 //擴容
final float java.util.HashMap.loadFactor : 0.75
int java.util.HashMap.threshold : 6
transient int java.util.HashMap.size : 5
*********************************************** 添加第 6 個元素後 int java.util.HashMap.capacity() : 8
final float java.util.HashMap.loadFactor : 0.75
int java.util.HashMap.threshold : 6
transient int java.util.HashMap.size : 6
*********************************************** 添加第 7 個元素後 int java.util.HashMap.capacity() : 8
final float java.util.HashMap.loadFactor : 0.75
int java.util.HashMap.threshold : 6
transient int java.util.HashMap.size : 7
*********************************************** 添加第 8 個元素後 int java.util.HashMap.capacity() : 8
final float java.util.HashMap.loadFactor : 0.75
int java.util.HashMap.threshold : 6
transient int java.util.HashMap.size : 8
*********************************************** 添加第 9 個元素後 int java.util.HashMap.capacity() : 16 //擴容
final float java.util.HashMap.loadFactor : 0.75
int java.util.HashMap.threshold : 12
transient int java.util.HashMap.size : 9
*********************************************** 添加第 10 個元素後 int java.util.HashMap.capacity() : 16
final float java.util.HashMap.loadFactor : 0.75
int java.util.HashMap.threshold : 12
transient int java.util.HashMap.size : 10
*********************************************** 添加第 11 個元素後 int java.util.HashMap.capacity() : 16
final float java.util.HashMap.loadFactor : 0.75
int java.util.HashMap.threshold : 12
transient int java.util.HashMap.size : 11
*********************************************** 添加第 12 個元素後 int java.util.HashMap.capacity() : 16
final float java.util.HashMap.loadFactor : 0.75
int java.util.HashMap.threshold : 12
transient int java.util.HashMap.size : 12
*********************************************** 添加第 13 個元素後 int java.util.HashMap.capacity() : 32 //擴容
final float java.util.HashMap.loadFactor : 0.75
int java.util.HashMap.threshold : 24
transient int java.util.HashMap.size : 13
*********************************************** 添加第 14 個元素後 int java.util.HashMap.capacity() : 32
final float java.util.HashMap.loadFactor : 0.75
int java.util.HashMap.threshold : 24
transient int java.util.HashMap.size : 14
*********************************************** 添加第 15 個元素後 int java.util.HashMap.capacity() : 32
final float java.util.HashMap.loadFactor : 0.75
int java.util.HashMap.threshold : 24
transient int java.util.HashMap.size : 15
*********************************************** 添加第 16 個元素後 int java.util.HashMap.capacity() : 32
final float java.util.HashMap.loadFactor : 0.75
int java.util.HashMap.threshold : 24
transient int java.util.HashMap.size : 16
*********************************************** hashMap is : {godtrue4=i am godtrue4, godtrue5=i am godtrue5, godtrue2=i am godtrue2, godtrue3=i am godtrue3, godtrue8=i am godtrue8, godtrue9=i am godtrue9, godtrue6=i am godtrue6, godtrue7=i am godtrue7, godtrue1=i am godtrue1, godtrue10=i am godtrue10, godtrue12=i am godtrue12, godtrue11=i am godtrue11, godtrue14=i am godtrue14, godtrue13=i am godtrue13, godtrue16=i am godtrue16, godtrue15=i am godtrue15} Process finished with exit code 0

六：幾個爲何？

1）爲何 HashMap 的默認容量是 16，而且強調容量必須是 2 的冪次方呢？

HashMap 的容量必須是 2 的冪次方，主要是出於性能的考慮，能夠使用位於運算來計算單向鏈表數組的下標位置。

詳情可參考

http://www.hollischuang.com/archives/2091

http://www.cnblogs.com/chenssy/p/3521565.html

https://blog.csdn.net/justloveyou_/article/details/62893086

默認值爲何是16呢？

首先，16 是 2的4次方，符合容量是 2 的冪次方的強性規定，其次，我猜想 16 多是一個樣本比較集中的 HashMap的容量

2）爲何 HashMap 的默認裝載因子是 0.75f，而且不建議自定義呢？

HashMap 的默認裝載因子是0.75f，主要是時間和空間成本上一種折衷。

詳情可參考

http://alex09.iteye.com/blog/539545/

3）爲何 HashMap 在擴容的時候，老是擴大原來容量的 2 倍呢？

首先，容量擴大 2 倍後，仍然符合容量是 2 的冪次方的強性規定（注意：容量是2的冪次方），其次，一樣是出於性能考慮，直接經過左移移位即可實現

七）本篇，編寫的過程當中參看了 http://www.hollischuang.com/archives/2416