JDK源碼學習之：HashSet和HashMap

 

之因此把HashSet和HashMap放在一塊兒講解，是由於兩者在Java裏有着相同的實現，前者僅僅是對後者作了一層包裝，也就是說HashSet裏面有一個HashMap（適配器模式）。所以本文將重點分析HashMap。

1、HashMap

HashMap實現了Map接口，容許放入null元素，除該類未實現同步外，其他跟Hashtable大體相同，跟TreeMap不一樣，該容器不保證元素順序，根據須要該容器可能會對元素從新哈希，元素的順序也會被從新打散，所以不一樣時間迭代同一個HashMap的順序可能會不一樣。

根據對衝突的處理方式不一樣，哈希表有兩種實現方式，一種開放地址方式（Open addressing），另外一種是衝突鏈表方式（Separate chaining with linked lists）。Java HashMap採用的是衝突鏈表方式。

從上圖容易看出，若是選擇合適的哈希函數，put()和get()方法能夠在常數時間內完成。但在對HashMap進行迭代時，須要遍歷整個table以及後面跟的衝突鏈表。所以對於迭代比較頻繁的場景，不宜將HashMap的初始大小設的過大。

有兩個參數能夠影響HashMap的性能：初始容量（inital capacity）和負載係數（load factor）。初始容量指定了初始table的大小，負載係數用來指定自動擴容的臨界值。當entry的數量超過capacity*load_factor時，容器將自動擴容並從新哈希。對於插入元素較多的場景，將初始容量設大能夠減小從新哈希的次數。

一、重點方法講解

get()

get(Object key)方法根據指定的key值返回對應的value，該方法調用了getEntry(Object key)獲得相應的entry，而後返回entry.getValue()。所以getEntry()是算法的核心。

算法思想是首先經過hash()函數獲得對應bucket的下標，而後依次遍歷衝突鏈表，經過key.equals(k)方法來判斷是不是要找的那個entry。

上圖中hash(k)&(table.length-1)等價於hash(k)%table.length，緣由是HashMap要求table.length必須是2的指數，所以table.length-1就是二進制低位全是1，跟hash(k)相與會將哈希值的高位全抹掉，剩下的就是餘數了。

//getEntry()

final Entry getEntry(Object key) { 
        int hash = (key == null) ? 0 : hash(key); 
        for (Entry e = table[hash&(table.length-1)]; e != null; e = e.next) {
        //依次遍歷衝突鏈表中的每一個entry Object k; 
        //依據equals()方法判斷是否相等 
        if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) 
            return e; 
    } 
    return null; 
}

put()

put(K key, V value)方法是將指定的key, value對添加到map裏。該方法首先會對map作一次查找，看是否包含該元組，若是已經包含則直接返回，查找過程相似於getEntry()方法；若是沒有找到，則會經過 addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex)方法插入新的entry，插入方式爲頭插法。

//addEntry()

void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) { 
        if ((size >= threshold) && (null != table[bucketIndex])) { 
            resize(2 * table.length);//自動擴容，並從新哈希 
            hash = (null != key) ? hash(key) : 0; bucketIndex = hash & (table.length-1);
} 
//在衝突鏈表頭部插入新的entry 
Entry e = table[bucketIndex]; 
table[bucketIndex] = new Entry<>(hash, key, value, e); 
size++;
}

remove()

remove(Object key)的做用是刪除key值對應的entry，該方法的具體邏輯是在removeEntryForKey(Object key)裏實現的。removeEntryForKey()方法會首先找到key值對應的entry，而後刪除該entry（修改鏈表的相應指針）。查找過程跟getEntry()過程相似。

//removeEntryForKey()

final Entry removeEntryForKey(Object key) { 
    int hash = (key == null) ? 0 : hash(key); 
    int i = indexFor(hash, table.length);
    Entry prev = table[i];//獲得衝突鏈表 
    Entry e = prev; 
    while (e != null) {
    //遍歷衝突鏈表 
    Entry next = e.next; Object k; 
    if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) {
    //找到要刪除的entry 
    modCount++; 
    size--; 
    if (prev == e) table[i] = next;
    //刪除的是衝突鏈表的第一個entry 
    else prev.next = next; 
    return e; 
} 
prev = e; 
e = next; 
} 
return e; 
}

2、HashSet

前面已經說過HashSet是對HashMap的簡單包裝，對HashSet的函數調用都會轉換成合適的HashMap方法，所以HashSet的實現很是簡單，只有不到300行代碼。這裏再也不贅述。部分源碼以下：

public class HashSet{ 
        private transient HashMap map;//HashSet裏面有一個HashMap 
        private static final Object PRESENT = new Object(); 
        public HashSet() { 
            map = new HashMap<>(); 
        } 

        public boolean add(E e) {
            //簡單的方法轉換 
            return map.put(e, PRESENT)==null; 
        } 

     ......
}