HashMap学习

概述

  1. 线程非安全,并且允许key与value都为null值,HashTable与之相反,为线程安全,key与value都不允许null值。
  2. put、get操作的时间复杂度为O(1)。
  3. 不保证其内部元素的顺序,而且随着时间的推移,同一元素的位置也可能改变(resize的情况)
  4. 遍历其集合视角的时间复杂度与其容量(capacity,槽的个数)和现有元素的大小(entry的个数)成正比
  5. Map m = Collections.synchronizedMap(new HashMap(...)); 通过这种方式可以得到一个线程安全的map。

数据结构

哈希表:数组+链表

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定义

签名

public class HashMap<K,V>
    extends AbstractMap<K,V> //AbstractMap类提供Map接口的基本实现
    implements Map<K,V>, Cloneable, Serializable//Map接口定义了键映射到值的规则

哈希函数的设计

final int hash(Object k) {
        int h = hashSeed;
        if (0 != h && k instanceof String) {
            return sun.misc.Hashing.stringHash32((String) k);
        }

        h ^= k.hashCode();

        // This function ensures that hashCodes that differ only by
        // constant multiples at each bit position have a bounded
        // number of collisions (approximately 8 at default load factor).
        h ^= (h >>> 20) ^ (h >>> 12);
        return h ^ (h >>> 7) ^ (h >>> 4);
    }

get操作

  public V get(Object key) {
        if (key == null)
            return getForNullKey();
        Entry<K,V> entry = getEntry(key);

        return null == entry ? null : entry.getValue();
    }

    private V getForNullKey() {
        if (size == 0) {
            return null;
        }
        // Null keys map to index 0,遍历单向链表
        for (Entry<K,V> e = table[0]; e != null; e = e.next) {
            if (e.key == null)
                return e.value;
        }
        return null;
    }

    final Entry<K,V> getEntry(Object key) {
        // 根据key寻找entry,类似于给下表,在数组中寻找
        if (size == 0) {
            return null;
        }

        int hash = (key == null) ? 0 : hash(key);
        for (Entry<K,V> e = table[indexFor(hash, table.length)];
             e != null;
             e = e.next) {
            Object k;
            // 相等条件:hash值相等且key相等(==或者equal相等)
            if (e.hash == hash &&
                ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                return e;
        }
        return null;
    }

containsKey操作

  public boolean containsKey(Object key) {
      return getEntry(key) != null;
  }

put操作

  public V put(K key, V value) {
        if (table == EMPTY_TABLE) {
            inflateTable(threshold);
        }
        // key为null时的put操作
        if (key == null)
            return putForNullKey(value);
        // key不为null时put操作:先查看key是否存在,存在则更新
        int hash = hash(key);
        int i = indexFor(hash, table.length);
        for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) {
            Object k;
            if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {
                V oldValue = e.value;
                e.value = value;
                e.recordAccess(this);
                return oldValue;
            }
        }

        // 不存在则新加一条entry,modCount++
        modCount++;
        addEntry(hash, key, value, i);
        return null;
    }

    /**
     * Offloaded version of put for null keys
     */
    private V putForNullKey(V value) {
        for (Entry<K,V> e = table[0]; e != null; e = e.next) {
            if (e.key == null) {
                V oldValue = e.value;
                e.value = value;
                e.recordAccess(this);
                return oldValue;
            }
        }
        modCount++;
        addEntry(0, null, value, 0);
        return null;
    }

    /**
     * This method is used instead of put by constructors and
     * pseudoconstructors (clone, readObject).  It does not resize the table,
     * check for comodification, etc.  It calls createEntry rather than
     * addEntry.
     */
    private void putForCreate(K key, V value) {
        int hash = null == key ? 0 : hash(key);
        int i = indexFor(hash, table.length);

        /**
         * Look for preexisting entry for key.  This will never happen for
         * clone or deserialize.  It will only happen for construction if the
         * input Map is a sorted map whose ordering is inconsistent w/ equals.
         */
        for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) {
            Object k;
            if (e.hash == hash &&
                ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) {
                e.value = value;
                return;
            }
        }

        createEntry(hash, key, value, i);
    }

    private void putAllForCreate(Map<? extends K, ? extends V> m) {
        for (Map.Entry<? extends K, ? extends V> e : m.entrySet())
            putForCreate(e.getKey(), e.getValue());
    }



    // put一个map集合的操作
    public void putAll(Map<? extends K, ? extends V> m) {
        int numKeysToBeAdded = m.size();
        if (numKeysToBeAdded == 0)
            return;

        if (table == EMPTY_TABLE) {
            inflateTable((int) Math.max(numKeysToBeAdded * loadFactor, threshold));
        }

        /*
         * Expand the map if the map if the number of mappings to be added
         * is greater than or equal to threshold.  This is conservative; the
         * obvious condition is (m.size() + size) >= threshold, but this
         * condition could result in a map with twice the appropriate capacity,
         * if the keys to be added overlap with the keys already in this map.
         * By using the conservative calculation, we subject ourself
         * to at most one extra resize.
         */
        if (numKeysToBeAdded > threshold) {
            int targetCapacity = (int)(numKeysToBeAdded / loadFactor + 1);
            if (targetCapacity > MAXIMUM_CAPACITY)
                targetCapacity = MAXIMUM_CAPACITY;
            int newCapacity = table.length;
            while (newCapacity < targetCapacity)
                newCapacity <<= 1;
            if (newCapacity > table.length)
                resize(newCapacity);
        }

        for (Map.Entry<? extends K, ? extends V> e : m.entrySet())
            put(e.getKey(), e.getValue());
    }

resize操作


void resize(int newCapacity) {
    Entry[] oldTable = table;
    int oldCapacity = oldTable.length;
    // capacity已经最大,则将threshold设置为最大值
    if (oldCapacity == MAXIMUM_CAPACITY) {
        threshold = Integer.MAX_VALUE;
        return;
    }
    // 构造新的数组
    Entry[] newTable = new Entry[newCapacity];
    // 将旧数组中的数据转移到新数组中
    transfer(newTable, initHashSeedAsNeeded(newCapacity));
    table = newTable;
    // 更新threshold
    threshold = (int)Math.min(newCapacity * loadFactor, MAXIMUM_CAPACITY + 1);
}

/**
 * Transfers all entries from current table to newTable.
 */
void transfer(Entry[] newTable, boolean rehash) {
    int newCapacity = newTable.length;
    // 遍历旧数组当中的每一条entry
    for (Entry<K,V> e : table) {
        while(null != e) {
            Entry<K,V> next = e.next;
            if (rehash) {
                // 在新数组当中的hash值
                e.hash = null == e.key ? 0 : hash(e.key);
            }
            // 重新计算hash值后在新数组中的下表
            int i = indexFor(e.hash, newCapacity);

            e.next = newTable[i];
            newTable[i] = e;
            e = next;
        }
    }
}

hash函数h & (length-1)详解
由于length是2的幂,所以length-1每一位都是1,相当于取余操作,且碰撞的几率小。如果有0,则与的时候可能不同的数会发生哈希碰撞。同时,如果与的时候有0,那么与的结果一定是0,则该位置为1的一些地址始终会用不到,造成空间浪费!

remove操作

  public V remove(Object key) {
        Entry<K,V> e = removeEntryForKey(key);
        return (e == null ? null : e.value);
    }

    /**
     * Removes and returns the entry associated with the specified key
     * in the HashMap.  Returns null if the HashMap contains no mapping
     * for this key.
     */
    final Entry<K,V> removeEntryForKey(Object key) {
        if (size == 0) {
            return null;
        }
        int hash = (key == null) ? 0 : hash(key);
        int i = indexFor(hash, table.length);
        // 该索引的第一个节点
        Entry<K,V> prev = table[i];
        Entry<K,V> e = prev;

        while (e != null) {
            Entry<K,V> next = e.next;
            Object k;
            if (e.hash == hash &&
                ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) {
                // 找到要删除的key
                modCount++;
                size--;
                if (prev == e)
                    // 如果第一个就是要删除的节点,直接将下一个节点放到table[i]
                    table[i] = next;
                else
                    // 否则将上一个节点的next指向要删除的下一个节点
                    prev.next = next;
                e.recordRemoval(this);
                return e;
            }
            // 没有找到,向后循环查找
            prev = e;
            e = next;
        }

        return e;
    }

clear操作

    // 将table的每一个位置置为null,注意并不会重置capacity
    public void clear() {
        modCount++;
        Arrays.fill(table, null);
        size = 0;
    }

containsKey/containsValue操作

    public boolean containsKey(Object key) {
        return getEntry(key) != null;
    }

    public boolean containsValue(Object value) {
        if (value == null)
            return containsNullValue();

        Entry[] tab = table;
        for (int i = 0; i < tab.length ; i++)
            for (Entry e = tab[i] ; e != null ; e = e.next)
                if (value.equals(e.value))
                    return true;
        return false;
    }


    private boolean containsNullValue() {
        Entry[] tab = table;
        for (int i = 0; i < tab.length ; i++)
            for (Entry e = tab[i] ; e != null ; e = e.next)
                if (e.value == null)
                    return true;
        return false;
    }

单项链表entry

        static class Entry<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
        // 四个成员变量,应该牢记
        final K key;
        V value;
        Entry<K,V> next;
        int hash;

        /**
         * Creates new entry.
         */
        Entry(int h, K k, V v, Entry<K,V> n) {
            value = v;
            next = n;
            key = k;
            hash = h;
        }

        public final K getKey() {
            return key;
        }

        public final V getValue() {
            return value;
        }

        public final V setValue(V newValue) {
            V oldValue = value;
            value = newValue;
            return oldValue;
        }

        public final boolean equals(Object o) {
            if (!(o instanceof Map.Entry))
                return false;
            Map.Entry e = (Map.Entry)o;
            Object k1 = getKey();
            Object k2 = e.getKey();
            if (k1 == k2 || (k1 != null && k1.equals(k2))) {
                Object v1 = getValue();
                Object v2 = e.getValue();
                if (v1 == v2 || (v1 != null && v1.equals(v2)))
                    return true;
            }
            return false;
        }

        public final int hashCode() {
            return Objects.hashCode(getKey()) ^ Objects.hashCode(getValue());
        }

        public final String toString() {
            return getKey() + "=" + getValue();
        }

        /**
         * This method is invoked whenever the value in an entry is
         * overwritten by an invocation of put(k,v) for a key k that's already
         * in the HashMap.
         */
        void recordAccess(HashMap<K,V> m) {
        }

        /**
         * This method is invoked whenever the entry is
         * removed from the table.
         */
        void recordRemoval(HashMap<K,V> m) {
        }
    }
最后编辑于
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