java集合HashMap、HashTable、HashSet詳解

1、Set和Map關係

Set表明集合元素無序，集合元素不可重複的集合，Map表明一種由多個key-value組成的集合，map集合是set集合的擴展只是名稱不一樣，對應以下

2、HashMap的工做原理

        HashMap基於 hashing原理，經過put()和get()方法儲存和獲取對象。

        put()方法: 它調用鍵對象的hashCode()方法來計算hashcode值，系統根據hashcode值決定該元素在bucket位置。若是兩個對象key的hashcode返回值相同，那他們的存儲位置相同，若是這兩個Entry的key經過equals比較返回true，新添加Entry的value將覆蓋集合中原有Entry的value，但key不會覆蓋；若是這兩個Entry的key經過equals比較返回false，新添加的Entry將與集合中原有Entry造成Entry鏈，並且新添加Entry位於Entry鏈的頭部。put源碼以下: 

public V put(K paramK, V paramV) {
        //若是key爲空，調用putForNullKey方法
        if (paramK == null)
            return putForNullKey(paramV);
        //根據key的keyCode計算Hash值
        int i = hash(paramK.hashCode());
        //搜索指定hash值的對應在table中的索引
        int j = indexFor(i, this.table.length);
        //若是j索引處的Entry不爲空，經過循環遍歷localEntry元素的下一個元素
        for (Entry localEntry = this.table[j]; localEntry != null; localEntry = localEntry.next) {
            Object localObject1;
            //找到指定key與放入key相等(hash值相同，經過equals比較返回true)
            if ((localEntry.hash == i)
                    && ((((localObject1 = localEntry.key) == paramK) || (paramK
                            .equals(localObject1))))) {
                Object localObject2 = localEntry.value;
                localEntry.value = paramV;
                localEntry.recordAccess(this);
                return localObject2;
            }
        }
        //若是j索引Entry爲null，此處沒有Entry
        this.modCount += 1;
        //將key、value添加到i索引處
        addEntry(i, paramK, paramV, j);
        return null;
    }

    void addEntry(int paramInt1, K paramK, V paramV, int paramInt2) {
        //獲取指定bucketIndex索引處Entry
        Entry localEntry = this.table[paramInt2];
        //將新建立的Entry放入bucketIndex索引處，並讓新的Entry指向原來的Entry
        this.table[paramInt2] = new Entry(paramInt1, paramK, paramV, localEntry);
        //若是map中的key-value數量超過
        if (this.size++ >= this.threshold)
        //table對象的長度擴充到2倍
            resize(2 * this.table.length);
    }

put方法三種狀況，如圖:

 

get()方法:當HashMap的每一個bucket裏存儲的Entry只是單個Entry，即沒有經過指針產生Entry鏈時，此時HashMap具備最好的性能。當程序經過key取出對應value時，系統先計算出該key的hashCode()返回值，再根據該hashCode返回值找出該key在table數組中的索引，而後取出該索引處的Entry，最後返回該key對應的value值。get源碼以下:

public V get(Object paramObject) {
       //若是key爲空，調用getForNullKey取出對應的value
        if (paramObject == null)
            return getForNullKey();
        //根據key的hashCode值計算hash碼
        int i = hash(paramObject.hashCode());
        //直接取出table數組中指定索引處的值
        Entry localEntry = this.table[indexFor(i, this.table.length)];
        while (localEntry != null) {
            Object localObject;
            //若是該Entry的key與被搜索key相同
            if ((localEntry.hash == i)
                    && ((((localObject = localEntry.key) == paramObject) || (paramObject
                            .equals(localObject)))))
                return localEntry.value;
            //搜索該Entry鏈的下一個
            localEntry = localEntry.next;
        }

        return null;
    }
 從代碼看出，HashMap的每一個bucket裏只有一個Entry，HashMap能夠根據索引快速取出該bucket裏的Entry。
 在發生Hash衝突的狀況下，單個bucket裏存儲的不是一個Entry，而是一個Entry鏈，系統只能按順序遍歷每一個Entry，直到找到想搜索的Entry。

HashMap有兩個參數影響其性能：

1. 初始容量和加載因子。默認初始容量是16，加載因子是0.75。容量是哈希表中桶(Entry數組)的數量，初始容量只是哈希表在建立時的容量。加載因子是哈希表在其容量自動增長以前能夠達到多滿的一種尺度。當哈希表中的條目數超出了加載因子與當前容量的乘積時，經過調用rehash 方法將容量翻倍。

2. 加載因子太高雖然減小了空間開銷，但同時也增長了查詢成本（加載因子是表示Hsah表中元素的填滿的程度.若:加載因子越大,填滿的元素越多,好處是,空間利用率高了,但:衝突的機會加大了.反之,加載因子越小,填滿的元素越少,好處是:衝突的機會減少了,但:空間浪費多了）。在設置初始容量時應該考慮到映射中所需的條目數及其加載因子，以便最大限度地下降rehash 操做次數。若是初始容量大於最大條目數除以加載因子(實際上就是最大條目數小於初始容量*加載因子)，則不會發生 rehash 操做。

3.HashMap存放的元素愈來愈多，到達臨界值(閥值)threshold時，就要對Entry數組擴容，這是Java集合類框架最大的魅力，HashMap在擴容時，新數組的容量將是原來的2倍，因爲容量發生變化，原有的每一個元素須要從新計算bucketIndex，再存放到新數組中去，也就是所謂的rehash。HashMap默認初始容量16，加載因子0.75，也就是說最多能放16*0.75=12個元素，當put第13個時，HashMap將發生rehash，rehash的一系列處理比較影響性能，因此當咱們須要向HashMap存放較多元素時，最好指定合適的初始容量和加載因子，不然HashMap默認只能存12個元素，將會發生屢次rehash操做。

3、HashMap和Hashtable的區別

HashMap和Hashtable都實現了Map接口，主要的區別有：線程安全性，同步(synchronization)，以及速度。HashMap幾乎能夠等價於Hashtable，除了HashMap是非synchronized的，並能夠接受null(HashMap能夠接受爲null的鍵值(key)和值(value)，而Hashtable則不行)。

HashMap是非synchronized，而Hashtable是synchronized，意味着Hashtable是線程安全的，多個線程能夠共享一個Hashtable；而多個線程是不能共享HashMap的。Java 5提供了ConcurrentHashMap，它是HashTable的替代，比HashTable的擴展性更好。另外一個區別是HashMap的迭代器(Iterator)是fail-fast迭代器，而Hashtable的enumerator迭代器。 HashMap能夠經過下面的語句進行同步：Map m = Collections.synchronizeMap(hashMap);

 

4、HashMap和HashSet的區別

HashSet實現了Set接口，它不容許集合中有重複的值，HashMap實現了Map接口，Map接口對鍵值對進行映射。

HashSet擴展了HashMap,因此底層仍是用到map存儲，存儲實現同map一致，HashMap儲存鍵值，HashSet存儲對象。