java集合類學習筆記之HashMap

時間 2020-06-08

標籤 java 集合學習筆記 hashmap 欄目 Java 简体版

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一、簡述

　　HashMap是java語言中很是典型的數據結構，也是咱們日常用的最多的的集合類之一。它的底層是經過一個單向鏈表（Node<k,v>）數組（也稱之爲桶bucket，數組的長度也叫作桶深）來實現的。它內部有如下成員變量html

　　 static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; // aka 16　　　內部數組的默認初始長度java

　　static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;　　　　　　　　　　內部數組最大的長度爲2^30node

　　static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;　　　　　　　　加載因子，每當數組裏面的元素達到這個百分比的時候內部的數組進行擴容算法

　　transient Node<K,V>[] table;　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 hashMap內部用來保存數據的鏈表數組數組

　　transient int size;　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　hashMap內存放的元素的個數安全

　　int threshold;　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　每次內部數組達到這個大小是須要擴容，它等於容量乘以加載因子數據結構

　　transient int modCount;　　　　　　　　HashMap實例結構修改的次數，當多個線程同時修改它的結構時就可能會致使每一個線程中的modeCount的值不同，此時就會拋出異常，因此說HashMap是線程不安全的app

二、實現

　　一、數據結構：

　　二、構造方法：

　　　　　　HashMap一共提供了一下四種構造方法：性能

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);
    }
 public HashMap(int initialCapacity) {
        this(initialCapacity, DEFAULT_LOAD_FACTOR);
    }
public HashMap() {
        this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR; // all other fields defaulted
    }
public HashMap(Map<? extends K, ? extends V> m) {
        this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR;
        putMapEntries(m, false);
    }

　　　　在實例化HashMap實例的時候咱們能夠根據不一樣的業務需求調用不一樣的構造方法。第一種構造方法適用於可以提早預知hashMap中存放元素的準確數量，咱們能夠指定加載因子和初始容量（由於內部數組每次擴容的代價是很大的，都是直接將容量翻倍）。第二種構造方法適用於能大體知道內部元素的數量，只能指定初始容量，第三種構造方法也是咱們日常用的最多的，適用於存放位置數量。第四種適用於須要將一個一直Map數據拷貝到當前map中。（以上純屬我的理解，不喜勿噴）學習

　　三、HashMap操做：

　　　　　　增長操做（V put(K key, V value) ）　

 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<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, i;
        if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
            n = (tab = resize()).length;        //hashMap初始化的時候內部數組長度爲0，第一次put操做的時候才設置成默認的容量
        if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)    //根據key的hash值和數組長度的與操做獲取對應的下標，若是數組該下標位置爲空則直接new一個新的Node放到該位置
            tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
        else {            //根據key的hash值和數組長度的與操做獲取對應的下標，此時該位置已經有元素（即產生了hash衝突），接下來是產生hash衝突的解決辦法
            Node<K,V> e; K k;
            /**
             * 判斷key的hash位置的元素的key的hash值和新put的元素的key的hash值是否相等,若是相等的直接將以前位置的值賦給新的Node<k,v>節點
             */
            if (p.hash == hash &&
                ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))        
                e = p;
            else if (p instanceof TreeNode)        //判斷以前位置的元素是否是TreeNode的子類，此處和hashMap無關能夠暫時不看
                e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
            else {
                /**
                 * 一、如下操做是當產生hash衝突以後，判斷產生衝突的Node<k,v>節點的下一個節點是否爲空，爲空說明是第一次產生hash衝突，
                 * 直接將新put的元素放在產生衝突的元素後面(每一個hash值對應的都是一個鏈表)
                 * 二、當產生衝突的元素下個節點不爲空，說明不是第一次產生hash衝突，此時再去判斷產生衝突的下一個節點與新put的元素能夠的hash值是否相等，
                 *             相等直接break，至關於新put的元素已經存在，此時不用作任何操做
                 *             不相等的時候將衝突節點下一個節點的值賦給本身，一直循環直到獲取到產生hash衝突的位置的鏈表的末尾，並將新插入的元素放到鏈表的末尾
                 */
                for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
                    if ((e = p.next) == null) {
                        p.next = newNode(hash, key, value, null);
                        if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st
                            treeifyBin(tab, hash);　　　　//當產生hash衝突的值比較多，即鏈表過長時，會將鏈表變成紅黑樹進行存儲
                        break;
                    }
                    if (e.hash == hash &&((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                        break;
                    p = e;
                }
            }
            /**
             * hashMap 的 e值確定是null，這裏的操做是LinkedHashMap相關，暫時忽略
             */
            if (e != null) { // existing mapping for key
                V oldValue = e.value;
                if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
                    e.value = value;
                afterNodeAccess(e);        　　//這裏主要用於判斷LinkedHashMap是不是按照訪問順序排序的
                return oldValue;
            }
        }
        
        ++modCount;            //此時實例結構發生改變，內部結構改變計數器數量+1
        if (++size > threshold)        //判斷put完以後內部數組是否須要擴容
            resize();
        afterNodeInsertion(evict);    //這裏是用來判斷LinkedHashMap是否須要刪除最老元素
        return null;
    }

　　　　從以上代碼能夠看出，當產生hash衝突的時候對hashMap的效率大大下降，因此當使用自定義類當作key值的時候必定要重寫hashcode方法，儘可能避免hash衝突，

　　關於java位運算符能夠參考：java學習筆記之位運算符

　　查詢操做（V get(Object key)）：

public V get(Object key) {
        Node<K,V> e;
        return (e = getNode(hash(key), key)) == null ? null : e.value;
    }
 final Node<K,V> getNode(int hash, Object key) {
        Node<K,V>[] tab; Node<K,V> first, e; int n; K k;
        if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 &&
            (first = tab[(n - 1) & hash]) != null) {        //先判斷key的hash對應數組下標的位置有沒有值
            if (first.hash == hash && // 判斷hash值對應的鏈表第一個節點的key值可當前查詢的能夠是否是同一個對象（當沒有產生hash衝突的時候就是第一個）
                ((k = first.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                return first;
            if ((e = first.next) != null) {
                if (first instanceof TreeNode)    //LinkedHashMap操做相關，暫時忽略
                    return ((TreeNode<K,V>)first).getTreeNode(hash, key);
                do {        //此時是以前插入的時候產生了hash衝突，此時遍歷hash值對應的鏈表，知道找到當前查詢的key對應的節點
                    if (e.hash == hash &&
                        ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                        return e;
                } while ((e = e.next) != null);
            }
        }
        return null;
    }

　　　　刪除操做（V remove(Object key)）

public V remove(Object key) {
        Node<K,V> e;
        return (e = removeNode(hash(key), key, null, false, true)) == null ?
            null : e.value;
    }
final Node<K,V> removeNode(int hash, Object key, Object value,
                               boolean matchValue, boolean movable) {
        Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, index;
        if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 &&
            (p = tab[index = (n - 1) & hash]) != null) {
            Node<K,V> node = null, e; K k; V v;
            if (p.hash == hash &&
                ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                node = p;
            else if ((e = p.next) != null) {
                if (p instanceof TreeNode)
                    node = ((TreeNode<K,V>)p).getTreeNode(hash, key);
                else {
                    do {
                        if (e.hash == hash &&
                            ((k = e.key) == key ||
                             (key != null && key.equals(k)))) {
                            node = e;
                            break;
                        }
                        p = e;
                    } while ((e = e.next) != null);
                }
            }
            if (node != null && (!matchValue || (v = node.value) == value ||
                                 (value != null && value.equals(v)))) {
                if (node instanceof TreeNode)
                    ((TreeNode<K,V>)node).removeTreeNode(this, tab, movable);
                else if (node == p)
                    tab[index] = node.next;
                else
                    p.next = node.next;
                ++modCount;
                --size;
                afterNodeRemoval(node);
                return node;
            }
        }
        return null;
    }

　　remove的操做步驟基本和put操做相似，在這裏就再也不一一分析了，有寫的不明白的地方能夠私信我一塊兒討論下

總結：

　　HashMap的實現是經過在內部定義了一個鏈表數組，數組的每個位置的元素都是一個單向鏈表，當往hashMap中put值產生hash衝突的時候，會將新的是放到key的hash值對應數組位置的鏈表的末尾，當咱們在使用過程當中用一個引用變量類型當作key值的時候，儘可能重寫引用類型的hashcode方法使用更優的hash算法，避免產生過多的hash衝突，由於產生hash衝突的時候對hashmap的性能會產生很大的影響。此外在使用hashMap的時候在能預知最終存放的數組的時候能夠在初始化的時候指定HashMap內置數組的初始長度，避免內部數組擴容的次數過多，由於內部數組擴容每次都是直接將長度翻倍，這樣的操做代價是很大的