主要是根據Hashmap的源碼來近距離了解廬山真面目;node
爲何要寫,由於面試常常問啊,並且99%的程序員都知道也用過;並且它涉及的知識遠遠不止put和get那麼簡單,有必要知曉,也有利於對數據進行靈活的存儲引用;程序員
涉及知識點:hash算法,單鏈表、雙鏈表、紅黑樹、二叉搜索樹面試
單鏈表是一種鏈式存取的數據結構,用一組地址任意的存儲單元存放線性表中的數據元素。鏈表中的數據是以結點來表示的,每一個結點的構成:元素(數據元素的映象) + 指針(指示後繼元素存儲位置),元素就是存儲數據的存儲單元,指針就是鏈接每一個結點的地址數據。算法
單鏈表的實際使用場景並很少,好比只是頻繁對頭/尾結點進行操做,單鏈表最佳數組
雙向鏈表也叫雙鏈表,是鏈表的一種,它的每一個數據結點中都有兩個指針,分別指向直接後繼和直接前驅。因此,從雙向鏈表中的任意一個結點開始,均可以很方便地訪問它的前驅結點和後繼結點。通常咱們都構造雙向循環鏈表。bash
雙鏈表的主要優勢是對於任意給的結點,均可以很輕易的獲取其前驅結點或者後繼結點,而主要缺點是每一個結點須要添加額外的next域,所以須要更多的空間開銷,同時結點的插入與刪除操做也將更加耗時,由於須要更多的指針指向操做。數據結構
二叉排序樹,又稱二叉查找樹,亦稱二叉搜索樹,知足下面性質app
紅黑樹是每一個節點都帶有顏色屬性的二叉查找樹,顏色或紅色或黑色。 在二叉查找樹強制通常要求之外,對於任何有效的紅黑樹咱們增長了以下的額外要求:函數
這些約束強制了紅黑樹的關鍵性質: 從根到葉子的最長的可能路徑很少於最短的可能路徑的兩倍長。結果是這個樹大體上是平衡的。由於操做好比插入、刪除和查找某個值的最壞狀況時間都要求與樹的高度成比例,這個在高度上的理論上限容許紅黑樹在最壞狀況下都是高效的,而不一樣於普通的二叉查找樹。源碼分析
性質4致使路徑上不能有兩個連續的紅色節點。最短的可能路徑都是黑色節點,最長的可能路徑有交替的紅色和黑色節點。由於根據性質5全部最長的路徑都有相同數目的黑色節點,這就代表了沒有路徑能多於任何其餘路徑的兩倍長
希算法並非一個特定的算法而是一類算法的統稱。哈希算法也叫散列算法,通常來講知足這樣的關係:f(data)=key,輸入任意長度的data數據,通過哈希算法處理後輸出一個定長的數據key。同時這個過程是不可逆的,沒法由key逆推出data。
若是是一個data數據集,通過哈希算法處理後獲得key的數據集,而後將keys與原始數據進行一一映射就獲得了一個哈希表。通常來講哈希表M符合M[key]=data這種形式。 哈希表的好處是當原始數據較大時,咱們能夠用哈希算法處理獲得定長的哈希值key,那麼這個key相對原始數據要小得多。咱們就能夠用這個較小的數據集來作索引,達到快速查找的目的。
稍微想一下就能夠發現,既然輸入數據不定長,而輸出的哈希值倒是固定長度的,這意味着哈希值是一個有限集合,而輸入數據則能夠是無窮多個。那麼創建一對一關係明顯是不現實的。因此"碰撞"(不一樣的輸入數據對應了相同的哈希值)是必然會發生的,因此一個成熟的哈希算法會有較好的抗衝突性。同時在實現哈希表的結構時也要考慮到哈希衝突的問題。
主要包括數據結構、擴容、刪除、添加、獲取過程
數組+單鏈表+雙鏈表-黑紅樹
transient Node<K,V>[] table;
複製代碼
總體來講採用數組存儲,以hash值和數組大小獲得數組位置
static class Node<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
final int hash;
final K key;
V value;
Node<K,V> next;
Node(int hash, K key, V value, Node<K,V> 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);
}
public final V setValue(V newValue) {
V oldValue = value;
value = newValue;
return oldValue;
}
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;
}
}
複製代碼
單鏈表數據結構Node,當根據hash計算數組中的索引值位置已經有值且不是同一個,則以索引位置節點爲頭節點,後來節點爲尾節點
static class LinkedHashMapEntry<K,V> extends HashMap.Node<K,V> {
LinkedHashMapEntry<K,V> before, after; // 在hashMap中並無使用這兩個節點信息
LinkedHashMapEntry(int hash, K key, V value, Node<K,V> next) {
super(hash, key, value, next);
}
}
複製代碼
static final class TreeNode<K,V> extends LinkedHashMap.LinkedHashMapEntry<K,V> {
TreeNode<K,V> parent;
TreeNode<K,V> left;
TreeNode<K,V> right;
TreeNode<K,V> prev;
boolean red;
............ // 省略方法代碼
}
複製代碼
紅黑樹-雙鏈表結構,繼承自LinkedHashMapEntry,LinkedHashMapEntry又繼承了Node節點;紅黑樹節點是單鏈表節點的子子類;含有前/後驅節點,左右孩子節點,父節點,以及顏色信息;前/後驅節點做爲雙鏈表結構,左右孩子節點-父節點-顏色做爲紅黑樹結構
主要方法有:
【5.爲右孩子 和左孩子旋轉相反相似】
容器大小爲2的n次方,擴容因子爲m;默認n = 16, m = 0.75:存在3種狀況下會擴容
final Node<K,V>[] resize() {
Node<K,V>[] oldTab = table;
int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length;
int oldThr = threshold;
int newCap, newThr = 0;
if (oldCap > 0) {
if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) {
threshold = Integer.MAX_VALUE;
return oldTab;
}
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 { // zero initial threshold signifies using defaults
newCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY;
newThr = (int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY);
}
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<K,V>[] newTab = (Node<K,V>[])new Node[newCap];
table = newTab;
if (oldTab != null) {
for (int j = 0; j < oldCap; ++j) {
Node<K,V> 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<K,V>)e).split(this, newTab, j, oldCap);
else { // preserve order
Node<K,V> loHead = null, loTail = null;
Node<K,V> hiHead = null, hiTail = null;
Node<K,V> next;
do {
next = e.next;
if ((e.hash & oldCap) == 0) {
if (loTail == null)
loHead = e;
else
loTail.next = e;
loTail = e;
}
else {
if (hiTail == null)
hiHead = e;
else
hiTail.next = e;
hiTail = e;
}
} while ((e = next) != null);
if (loTail != null) {
loTail.next = null;
newTab[j] = loHead;
}
if (hiTail != null) {
hiTail.next = null;
newTab[j + oldCap] = hiHead;
}
}
}
}
}
return newTab;
}
複製代碼
爲何能夠分紅兩個鏈表呢
緣由很簡單,容器爲2的倍數增長,則在同一個索引位置的節點 hash值在容器大小二進制數據1的位置以及左邊不一樣,也就是擴容後,獲得新的索引,只有和舊容器大小二進制僅有1的位置有0和1的區別,也就是舊的索引位置 或者舊的索引位置+舊的容器大小
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);
}
static final int tableSizeFor(int cap) {
int n = cap - 1;
n |= n >>> 1;
n |= n >>> 2;
n |= n >>> 4;
n |= n >>> 8;
n |= n >>> 16;
return (n < 0) ? 1 : (n >= MAXIMUM_CAPACITY) ? MAXIMUM_CAPACITY : n + 1;
}
public HashMap(int initialCapacity) {
this(initialCapacity, DEFAULT_LOAD_FACTOR);
}
public HashMap() {
this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR; // all other fields defaulted
}
複製代碼
從構造函數,能夠看出,構造時,進行了延時處理,也就是未進行數據存儲內存申請,只是計算了存儲因子,或者使用threshold暫時記錄了數組大小;tableSizeFor方法,經過把cap的第一爲1的後面所有置爲1,而後加1,達到大小爲cap的最小的2的n次方數
直接上源碼和分析
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;
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 || (key != null && key.equals(k))))
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) // -1 for 1st
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;
}
複製代碼
獲取元素比較簡單,以key的hash值找到索引位置,而後根據位置的節點特色來查找元素
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) {
if (first.hash == hash && // always check first node
((k = first.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
return first;
if ((e = first.next) != null) {
if (first instanceof TreeNode)
return ((TreeNode<K,V>)first).getTreeNode(hash, key);
do {
if (e.hash == hash &&
((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
return e;
} while ((e = e.next) != null);
}
}
return null;
}
複製代碼
直接上分析,分析以下
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;
}
複製代碼
全部索引位置置空,也即斷開單鏈表或者雙鏈表-紅黑樹的根節點,進而刪除全部元素
public void clear() {
Node<K,V>[] tab;
modCount++;
if ((tab = table) != null && size > 0) {
size = 0;
for (int i = 0; i < tab.length; ++i)
tab[i] = null;
}
}
複製代碼
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