突破程序員基本功的16課-2（Set，Map）

3.常見的Java集合的實現細節

 

set和map

map的key就是一個set，而且map提供了一個返回key集合：Set<k> ketset()

而從set到map，set中的每一個元素都是k-v對便可

 

因爲給出key，map總能夠找到對應的value，因此能夠將value當作key的附屬物

HashSet與HashMap

兩個都是經過Hash算法來計算集合元素的存儲位置

集合存儲Java對象並非指將java對象放在集合中，而是集中保留了這些對象的引用（指針），這些引用變量指向實際的java對象

能夠看出，list中存儲了兩個對象，這個兩個對象最終仍是指向了堆內存中的實際java對象，即說明list中存儲的是對象的引用

 

關於Map.Entry

它是Map的一個內部接口，每一個Map.Entry實際就是一個k-v對，而且系統在存儲k-v對時，沒有考慮v，而是僅僅根據k來計算Entry的位置，位置肯定以後，value也隨之保存了

 

當調用put方法時，即試圖將一個k-v對放入一個HashMap時，首先根據key的hashCode()返回值決定Entry的存儲位置，若是兩個Entry的key的hashCode值相同，那麼他們對應的v就被新的v覆蓋，k不會覆蓋，若是不一樣，則新添加的Entry將於原有的Entry造成Entry鏈，而且新添加的Entry位於Entry鏈的頭部

 

HashMap

public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {
//初始容量不能爲負數
        if (initialCapacity < 0)
            throw new IllegalArgumentException("Illegal initial capacity: " +
                                               initialCapacity);
//初始容量大於最大容量時，將初始容量賦值爲最大容量
        if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY)
            initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY;
        if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor))
            throw new IllegalArgumentException("Illegal load factor: " +
                                               loadFactor);
//計算出大於initCapacity的最小的2的n次方冪
/*當實際容量小於初始容量時，使用位移運算，將實際容量不斷的乘以2（最終的效果就是乘以2的n次方），直至實際容量大於初始容量*/
        // Find a power of 2 >= initialCapacity
        int capacity = 1;
        while (capacity < initialCapacity)
            capacity <<= 1;
//設置容量極限等於容量乘以負載因子
        this.loadFactor = loadFactor;
        threshold = (int)(capacity * loadFactor);
//初始化table數組
        table = new Entry[capacity];
        init();
    }

通過debug發現初始化數組的時候，居然也會調用上面這個HashMap的構造方法…

查看源碼發現

HashMap的底層經過數組來存儲數據的，該數組的長度不必定是指定的初始長度，而是比初始值大的最小的2的n次方，因此儘可能使初始值是2的n次方，這樣能夠減少系統開銷。

HashMap及其子類採用Hash算法來決定集合中元素的位置，系統初始化HashMap時，系統會建立一個長度爲capacity的數組Entry，該數組裏能夠存儲元素的位置被稱爲桶（bucket），每一個bucket都有其指定的索引，經過索引，系統能夠快速的訪問到bucket裏存儲的元素

每一個bucket只能存儲一個元素，即一個Entry，可是因爲Entry對象能夠包含一個引用變量用於指向下一個Entry，因此可能出現bucket中只有一個Entry，但這個Entry指向另外一個Entry，造成Entry鏈。

若是bucket只有一個Entry，系統先計算某個key的hashCode值，在根據hashCode值找到該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

若是bucket存儲的是一個Entry鏈，那麼找到該Entry以後還要遍歷該Entry鏈才能找到特定的Entry

源碼

public V get(Object key) {
//若是key是null，調用getForNullKey取出value
        if (key == null)
            return getForNullKey();
//計算key的hashCode
        int hash = hash(key.hashCode());
//直接取出table數組中指定索引處的值
        for (Entry<K,V> e = table[indexFor(hash, table.length)];
             e != null;
//搜索該Entry鏈的下一個entry
             e = e.next) {
            Object k;
//若是該Entry的key和被搜索的key相同
            if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k)))
                return e.value;
        }
        return null;
}

建立HashMap時，有一個默認的負載因子(load factor)，默認爲0.75，增大負載因子能夠減小hash表所佔的空間，但會增長查詢時間，而最頻繁的操做put和get都須要用到查詢；反之，減少負載因子會提升查詢效率可是會下降存儲空間

 

HashSet

查看HashSet源碼

它只是封裝了一個HashMap，它所存儲的元素其實是由HashMap的key來保存的，而該HashMap的value則是一個PRESENT，一個靜態的java對象

HashMap和HashSet判斷重複的標準包括兩個對象的hashCode值相等，而且二者equals~！若是要判斷本身的類對象是否重複，也須要重寫hashCode和equals~！

例如：

若是不重寫hashCode則不能正確判斷兩個對象是否相等

TreeMap和TreeSet

TreeSet底層實際上也是有TreeMap實現的

對於TreeMap，它採用紅黑樹的排序二叉樹來保存Map中每一個Entry—每一個Entry都被當作紅黑樹的一個節點來對待。

當向TreeMap中存入數據的時候，首先會把第一個元素的Entry做爲根節點，後面添加的元素的Entry都做爲新節點添加到已知的紅黑樹中，這樣就保證了TreeMap中的key按照由小到大的順序排列。（該二叉樹自己就有默認的排序）

TreeMap和HashMap相比，性能較低，由於在查詢和插入元素的時候須要不斷的循環，找到合適Entry（的位置），可是它優點是有序。

關於紅黑樹：

TreeMap的關鍵就是put(K key,V vlaue)， 該方法實現將Entry放入到TreeMap的Entry鏈。

源碼：

分析源代碼：

首先該map若是爲空，即沒有任何元素，t==null，那麼就建立一個新的Entry，並將該Entry做爲root；

接着，就要去尋找合適的put的位置了，經過判斷用戶是否認制了Comparator，若是有定製，則使用定製的排序方式，不然就使用默認的（新建的）Comparaotor，該比較器的做用是找到合適的put的節點，並把該節點做爲即將被put的元素的父親節點；

找尋的方式是：首先將根節點做爲父親節點，而後經過Compaerator判斷該父親節點的key與被put的key的大小，若是父親節點大，那麼就將父親節點的左節點做爲新的父親節點；反之則將父親節點的右節點做爲新的父親節點；若是相等，則覆蓋原有節點上的value，並經過return返回，再也不循環；

一輪循環結束後再去判斷新的父親節點是否真實存在，若是存在，則繼續循環遍歷，不然退出循環。

最終的結果就是，找到了該TreeMap中合適位置的節點

最後將循環找到的節點做爲新添加節點的父節點，再次去判讀父節點的key和新添加節點的key的大小，父親節點大，則添加在父親節點的左節點，反之則在右節點（不存在相等了）。

使用get方法查找元素時：

最終調用的仍是getEntry()方法：

能夠看出，getEntry()方法也是首先判斷是否有定製的Comparator，而後經過Comparator去遍歷查詢出須要的節點，遍歷方式和put方法一致。

 

綜上：TreeMap本質上就是一顆紅黑樹，而每一個Entry就是樹的一個節點。