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HashMap - 基于哈希表和Map 接口的键值对利器 （JDK 1.7）

JAVA学习网 2017-10-14 21:42:02

HashMap 的一些认识： (JDK 1.7)

  • 基于哈希表的Map接口的非同步实现，定义了键映射到值的规则
  • 此实现提供所有可选的映射操作，并允许使用null值和null键
  • 此实现假定哈希函数将元素适当分布在各桶之间，为读取操作提供稳定性能
  • 迭代时间与实例容量(桶的数量)及其大小(键-值映射关系数)成正比

■ 类定义

public class HashMap<K,V>
    extends AbstractMap<K,V> implements Map<K,V>, Cloneable, Serializable
  • 继承 AbstractMap抽象类，实现了Map接口
  • 实现 Cloneable接口
  • 实现 java.io.Serializable 接口，支持序列化

HashMap - “链表散列” (数组+链表)， 数组每一项都是一条链的数据结构

//The default initial capacity - MUST be a power of two.
static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 16;
//The maximum capacity - MUST be a power of two <= 1<<30.
static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;
//The load factor used when none specified in constructor.
static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;
//The table, resized as necessary. Length MUST Always be a power of two.
transient Entry<K,V>[] table;
//The number of key-value mappings contained in this map.
transient int size;
//The next size value at which to resize (capacity * load factor).
int threshold;
//The load factor for the hash table.
final float loadFactor;
/**
  * The number of times this HashMap has been structurally modified
  * Structural modifications are those that change the number of mappings in
  * the HashMap or otherwise modify its internal structure (e.g.,
  * rehash).  This field is used to make iterators on Collection-views of
  * the HashMap fail-fast.  (See ConcurrentModificationException).
  */
transient int modCount;

 

■ 构造器

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);
    // Find a power of 2 >= initialCapacity
        int capacity = 1;
        while (capacity < initialCapacity)
            capacity <<= 1;
        this.loadFactor = loadFactor;
        //阈值为容量*负载因子和最大容量+1之间的最小值 以此值作为容量翻倍的依据(不能超过最大容量)
        threshold = (int)Math.min(capacity * loadFactor, MAXIMUM_CAPACITY + 1);
        //初始化一个2次幂的Entry类型数组 一个桶对应一个Entry对象
        table = new Entry[capacity];
        useAltHashing = sun.misc.VM.isBooted() && 
        (capacity >= Holder.ALTERNATIVE_HASHING_THRESHOLD);
        init();
}

    - Entry

/**
  * 静态类 默认实现内部Entry接口 (接口中可定义内部接口-Map.Entry接口为Map的内部接口)
  * PS:JDK8中引入default，作用为在接口中定义默认方法实现
  */
static class Entry<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
    final K key;//key具有引用不可变特性
    V value;
    Entry<K,V> next;//next指向下一个：单向链表，头插入
    final int hash;
    ……
}

 

■ 主要方法

　put(k, v)

/**
  * @return key不存在返回null，否则返回旧值
  */
public V put(K key, V value) {
    //其允许存放null的key和null的value
    //当其key为null时，调用putForNullKey方法，放入到table[0]的这个位置（null键只有一个）
    if (key == null)
        return putForNullKey(value);
    //通过调用hash方法对key进行哈希，得到哈希之后的数值
    //其目的是为了尽可能的让键值对可以分不到不同的桶中
    int hash = hash(key);
    //根据上一步骤中求出的hash得到在数组中是索引i
    int i = indexFor(hash, table.length);
    //如果i处的Entry不为null，则通过其next指针不断遍历e元素的下一个元素。
    for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) {
        Object k;//使用临时变量k主要用于e.key的赋值，意义有限
        //hash一致 && (key引用相同 或 key字符串比较相同)
        if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {
            //值变更
            V oldValue = e.value;
            e.value = value;
            e.recordAccess(this);
            return oldValue;//已存在则选择直接返回旧值
        }
    }
    modCount++;
    addEntry(hash, key, value, i);//新增
    return null;//若key不存在则返回null
}

   hash()

//JDK1.7
final int hash(Object k) {
    int h = 0;
    if (useAltHashing) {
        if (k instanceof String) {
            return sun.misc.Hashing.stringHash32((String) k);
        }
        h = hashSeed;
    }
    //异或就是两个数的二进制形式，按位对比，相同取0，不同取一
    //此算法加入了高位计算，防止低位不变，高位变化时，造成的 hash 冲突
    h ^= k.hashCode();
    h ^= (h >>> 20) ^ (h >>> 12);
    return h ^ (h >>> 7) ^ (h >>> 4);
}
//JDK1.8 扰动函数 -> 散列值优化函数
static final int hash(Object key) {
    int h;
    //把一个数右移16位即丢弃低16为，就是任何小于2^16的数，右移16后结果都为0
    //2的16次方再右移刚好就是1 同时int最大值为32位
    //任何一个数，与0按位异或的结果都是这个数本身
    //为indexFor做准备
    return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
}
 

   indexFor()

/**
  * Int范围(2^32)从-2147483648到2147483648，加起来大概40亿空间，内存不能直接读取
  * 用之前还要先做对数组的长度取模运算，得到的余数才能用来访问数组下标
  * @Param h 根据hash方法得到h
  * @Param length 一定是2次幂
  */
static int indexFor(int h, int length) {
    //2次幂-1 返回的结果的二进制为永远是都是1 比如 15 -> 1111 (16 -> 10000)
    //与运算 只有 1 & 1 = 1 正好相当于一个“低位掩码”
    //如果length-1中某一位为0，则不论h中对应位的数字为几，对应位结果都是0，这样就让两个h取到同一个结果，hash冲突
    //同时这个操作可以保证索引不会大于数组的大小(见开头的描述)
    return h & (length-1);
}

   addEntry()

//该方法为包访问 package java.util(本包私有性高于子类)
void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
    //当前容量超过阈值 && 当前坐标数组非空
    //有个优雅的设计在于，若bucketIndex处没有Entry对象，那么新添加的entry对象指向null，从而就不会有链了
    if ((size >= threshold) && (null != table[bucketIndex])) {
        resize(2 * table.length);//容量扩容一倍
        hash = (null != key) ? hash(key) : 0;//hash重新计算
        bucketIndex = indexFor(hash, table.length);//index重新计算
    }
    createEntry(hash, key, value, bucketIndex);//新增Entry元素到数组的制定下标位置
}
//该方法为包访问 package java.util
void createEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
    // 获取指定 bucketIndex 索引处的 Entry
    Entry<K,V> e = table[bucketIndex];
    // 将新创建的 Entry 放入 bucketIndex 索引处，并让新的 Entry 指向原来的 Entry
    // 形成链表，新加入的放入链表头部，最先加入的放入尾部
    table[bucketIndex] = new Entry<>(hash, key, value, e);
    size++;
}

  remove()

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) {
    int hash = (key == null) ? 0 : hash(key);
    int i = indexFor(hash, table.length);
    Entry<K,V> prev = table[i];//用于记录该key的前一个元素(默认先从队首开始)
    Entry<K,V> e = prev;//从队首开始往队尾遍历
    //遍历key所在链表
    while (e != null) {
        Entry<K,V> next = e.next;
        Object k;
        if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) {
            modCount++;//remove属于结构性改造，modCount计数+1
            size--;//当前Map的有效元素数量-1
            if (prev == e)
                table[i] = next;//若当前key正好位于队首，则队首指向next
            else 
                prev.next = next;//若当前key不位于队首，则该key之前的元素的next指向该key的下一个元素
            e.recordRemoval(this);//LinkedHashMap专用方法
            return e;
        }
        //继续往队尾找
        prev = e;//指向当前循环元素的上一个元素
        e = next;//指向下一次循环元素
    }
    return e;
}

 

■ HashMap 迭代

//方法一
Iterator<Map.Entry<Integer,Object>> it = map.entrySet().iterator();
while (it.hasNext()) {
   Map.Entry<Integer, Object> entry = it.next();
   System.out.println("key=" + entry.getKey() + " and value=" + entry.getValue());
//在迭代中可删除 Map 元素也是推荐，避免快速失败
}


//方法二
for (Map.Entry<Integer,Object> entry : map.entrySet()) {
   System.out.println("key=" + entry.getKey() + " and value=" + entry.getValue());
}

 

*****  此版本为JDK 1.7，由于笔者水平有限，之后有补充的话会更新此文，请各位看客多多谅解支持  ********

*****  JDK1.8 的 HashMap 之后会另写一篇   ******

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