一、HashMap实现原理
1. HashMap概述
HashMap是基于哈希表的Map接口的非同步实现。它允许存入null值和null键。它不保证存入元素的顺序与操作顺序一致,主要是不保证元素的顺序永恒不变。
HashMap底层的数据结构是一个“链表散列“的数据结构,即数组和链表的结合体。
从上图中可以看出,HashMap底层就是一个数组,数组的每一个位置上又是一个链表。
2.底层代码分析
HashMap<String,Object> map = new HashMap<String,Object>();//当我们创建一个HashMap的时候,会产生哪些操作?
public class HashMap<K,V> extends AbstractMap<K,V> implements Map<K,V>, Cloneable, Serializable { /** * 初始化容量-16 */ static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30; static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f; /** * 一个空的Entry数组 */ static final Entry<?,?>[] EMPTY_TABLE = {}; /** * 存储元素的数组,自动扩容 */ transient Entry<K,V>[] table = (Entry<K,V>[]) EMPTY_TABLE;
/** * 键值对 */ static class Entry<K,V> implements Map.Entry<K,V> { final K key; V value; Entry<K,V> next; int hash; /** * 初始化方法 */ Entry(int h, K k, V v, Entry<K,V> n) { value = v; next = n; key = k; hash = h; } /** * 1.初始化方法 */ public HashMap() { this(DEFAULT_INITIAL_CAPACITY, DEFAULT_LOAD_FACTOR); }
/** * 2.初始化方法 */ 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); this.loadFactor = loadFactor; threshold = initialCapacity; init(); } }
public class LinkedHashMap<K,V> extends HashMap<K,V> implements Map<K,V> { private static final long serialVersionUID = 3801124242820219131L; /** * 双重链表的一个第一个元素 */ private transient Entry<K,V> header; /** * 3.初始化方法 */ @Override void init() { header = new Entry<>(-1, null, null, null); header.before = header.after = header; } /** * LinkedHashMap 中的entry继承了hashMap中的entry */ private static class Entry<K,V> extends HashMap.Entry<K,V> { // These fields comprise the doubly linked list used for iteration. Entry<K,V> before, after; /** * 4.初始化方法 */ Entry(int hash, K key, V value, HashMap.Entry<K,V> next) { super(hash, key, value, next); } }
通过 hashMap中的成员变量Entry<K,V>[] table,可以看出,Entry就是数组中的元素,每个Entry就是一个key-value键值对,它持有一个只指向下一个元素的引用,这就构成了链表的数据结构。
关于数组的初始化时机不是我们在new HashTable的时候,实在我们第一次执行put()操作的时候:
public V put(K key, V value) { if (table == EMPTY_TABLE) {
/**如果这是一个空的table,就进行初始化*/ inflateTable(threshold); } if (key == null) return putForNullKey(value);
/**通过hash算法获取hash值*/ int hash = hash(key);
/**根据hash值获取在数组中的位置*/ int i = indexFor(hash, table.length);
/**获取数组在 i 位置上的链表,并进行循环*/ for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) { Object k;
/**如果hash值相等,并且value值相等,value值会进行覆盖,返回之前的value*/ if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) { V oldValue = e.value; e.value = value; e.recordAccess(this); return oldValue; } } // 如果在i位置的entry为null,或者value的值不相同,执行addEctity()方法 modCount++; addEntry(hash, key, value, i); return null; }
void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
// 如果当前数组已经饱和,并且当前位置的entry不是null,数组进行扩容
if ((size >= threshold) && (null != table[bucketIndex])) {
// 扩容操作,原数组需要重新计算在新数组中的位置,并放进去,这里会产生性能损耗
// 如果我们能已知元素个数,就可以在创建的时候进行生命即可。
resize(2 * table.length);
hash = (null != key) ? hash(key) : 0;
bucketIndex = indexFor(hash, table.length);
}
// 创建新的Entry
createEntry(hash, key, value, bucketIndex);
}
void resize(int newCapacity) {
Entry[] oldTable = table;
int oldCapacity = oldTable.length;
if (oldCapacity == MAXIMUM_CAPACITY) {
threshold = Integer.MAX_VALUE;
return;
}
Entry[] newTable = new Entry[newCapacity];
transfer(newTable, initHashSeedAsNeeded(newCapacity));
table = newTable;
threshold = (int)Math.min(newCapacity * loadFactor, MAXIMUM_CAPACITY + 1);
}
void createEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
Entry<K,V> e = table[bucketIndex];
table[bucketIndex] = new Entry<>(hash, key, value, e);
size++;
}
Entry(int h, K k, V v, Entry<K,V> n) {
value = v;
next = n;
key = k;
hash = h;
}
根据hash算法得出元素在数组中的存放位置,如果改位置上已经存在元素,那么这个位置上的元素将以链表的形式存放,新加入的放在头部,后加入的在尾部。
1 final int hash(Object k) { 2 int h = hashSeed; 3 if (0 != h && k instanceof String) { 4 return sun.misc.Hashing.stringHash32((String) k); 5 } 6 7 h ^= k.hashCode(); 8 h ^= (h >>> 20) ^ (h >>> 12); 9 return h ^ (h >>> 7) ^ (h >>> 4); 10 }
根据key的hash值来决定元素在数组中的位置,如何计算这个位置就是hash算法。通过hash算法尽量使得数组的每个位置上都只有一个元素,当我们再次get()的时候,直接去数组中取就可以,不用再遍历链表。
hash(int h)根据key的hashcode重新计算一次散列,此算法加入了高位计算,防止低位不变,高位变化时,造成hash的冲突。
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