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一、导入语
HashMap是我们最常见也是最长使用的数据结构之一#xff0c;它的功能强大、用处广泛。而且也是面试常见的考查知识点。常见问题可能有HashMap存储结构是什么样的#xff1f;HashMap如何放入键值对、如何获取键值对应的值以及如何…转载自 HashMap源码阅读与解析
一、导入语
HashMap是我们最常见也是最长使用的数据结构之一它的功能强大、用处广泛。而且也是面试常见的考查知识点。常见问题可能有HashMap存储结构是什么样的HashMap如何放入键值对、如何获取键值对应的值以及如何删除一个键值对。今天我们就来看看HashMap底层的实现原理。下面我们就开始进入正题分析一下hashmap源码的实现原理。 二、HashMap构造方法以及存储结构 public HashMap() {this.loadFactor DEFAULT_LOAD_FACTOR;threshold (int)(DEFAULT_INITIAL_CAPACITY * DEFAULT_LOAD_FACTOR);table new Entry[DEFAULT_INITIAL_CAPACITY];init();
}
HashMap的构造方法有好几个在这里我们就不一一介绍只说一下我们最常见的HashMap无参构造方法。上面的构造方法中有几个变量需要我们这里说明一下
loadFactor:加载因子默认值为0.75threshold:threshold是一个阈值初始值为默认为16*0.75。当hashmap中存放键值对数量大于该值时表示hashmap容量大小需要扩充一般容量会翻倍。table:table其实是一个Entry类型的数组在hashmap中我们利用数组和链表来解决hash冲突这里的table数组用于存放冲突链表的头结点。
另外在HahsMap中我们通过数组加链表的方式来存储Entry节点Entry数据结构用于存储键值对。这里所谓的数组即是上面提到的table它是一个Entry数组table对象中节点初始化值均为null当我们新插入的节点第一次散列到该位置时会将节点插入到table中对应位置。如果后续存在散列位置相同的节点会以链表的方式解决hash冲突。示意图如下 三、put()方法解析
put方法是我们最常用方法我们利用该方法将键值对放入HashMap集合中那么HashMap到底是什么样的结构put()方法又做了什么呢我们下面就来看看put()方法的具体实现。 public V put(K key, V value) {if (key null)return putForNullKey(value);int hash hash(key.hashCode());int i indexFor(hash, table.length);for (EntryK,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;}}modCount;addEntry(hash, key, value, i);return null;
}private V putForNullKey(V value) {for (EntryK,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;
} if (key null)return putForNullKey(value);
如果当前传入的key值为null执行putForNullKey()方法;当key值为null时hash值为0将其保存到以table[0]为开头的链表中去。遍历链表如果存在某节点的key值为null则用新value直接将其替换。如果未找到key值为null的节点调用addEntry()方法插入一个key为null的新节点。addEntry方法我们会在后文中介绍。 int hash hash(key.hashCode());
int i indexFor(hash, table.length);
为什么这里还要对key的hashCode值再调用一次哈希算法呢简单来说就是为了让传递进来的key散落位置可以更加均匀具体原因就不在本文中介绍了网上有很多资料可供借鉴。 接着调用indexFor方法计算当前key值散落在table中的位置其实就是key%table.length for (EntryK,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;}
}
遍历以table[i]为头结点的链表查找是否已经有相同的key值的节点存在于链表中。判断条件为if (e.hash hash ((k e.key) key || key.equals(k)))。这个判断条件十分重要我们来仔细分析下。首先是e.hash hash之前我们已经计算出了当前待处理节点的hash值并保存在变量hash中在此我们需要比较当前链表遍历节点key的hash值(e.hash)和hash是否相等。如果我们去看一下addEntry()方法我们会发现Entry节点的存储位置实际上是由key的hash值来决定的。如果key的hash相同那么他们的存储位置也相同。(k e.key) key || key.equals(k))。先简单的说一下””和”equals”的意义””是引用一致性判断而equals是内容一致性判断。这里的意思也就是说如果两个key对象指向的是同一个对象或者他们就是同一个对象则返回true。总结一下如果hash值相同则key值相同或是同一个对象的引用则表示hashmap中存在以key为键值的Entry节点。 如果判断if (e.hash hash ((k e.key) key || key.equals(k)))判断条件返回为true则用新值替换老值。
如果没有找到相同的key值则调用addEntry()方法新增一个指定key和value的Entry节点。 四、addEntry()方法解析 void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {EntryK,V e table[bucketIndex];table[bucketIndex] new EntryK,V(hash, key, value, e);if (size threshold)resize(2 * table.length);
}
接下来继续看addEntry()方法假设当前节点为插入到table[bucketIndex]位置的第一个节点 EntryK,V e table[bucketIndex];
table[bucketIndex] new EntryK,V(hash, key, value, e);
在Entry类的构造方法中有这样一句代码: next e;
即当前新建的entry节点将指向Entry构造方法传递过来的Entry节点e此时e保存的值为头结点的值也就是null。该节点创建完之后又被赋值给table[bucketIndex]相当于链表的头结点了保存了最新插入的节点。如下图所示我们在table[i]位置插入了Entry节点。 如果此时新来一个key2节点经过散列之后其散落的位置和key1相同。此时key1和key2的散落位置发生了冲突我们将采用链表来解决该冲突。 还是看那两句代码 EntryK,V e table[bucketIndex];
table[bucketIndex] new EntryK,V(hash, key, value, e);
此时table[buckertIndex]中存放的节点为将其赋值给e新建一个Entry节点,key”key2”,value”value2”同时该entry节点next值指向同时将table[bucketIndex]的值也被赋为新节点。 示例图如下图所示。 我们从上面往hashmap中放键值对的过程中可以发现所有的键值对信息其实都是通过Entry节点来保存的发生冲突的节点会通过一个链式结构进行保存。同时table[bucketIndex]相当于头结点总是保存最后被放入该位置的键值对信息。
另外在addEntry方法中有如下两句代码 if (size threshold)resize(2 * table.length);
size的值为当前hashMap中存储的节点个数threshold是一个阈值。如果hashMap中存储的节点个数大于等于threshold表示我们需要对当前hashMap进行扩容了。每一次扩充容量为之前容量的2倍。我们来看一下resize()方法。
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);table newTable;threshold (int)(newCapacity * loadFactor);
}void transfer(Entry[] newTable) {Entry[] src table;int newCapacity newTable.length;for (int j 0; j src.length; j) {EntryK,V e src[j];if (e ! null) {src[j] null;do {EntryK,V next e.next;int i indexFor(e.hash, newCapacity);e.next newTable[i];newTable[i] e;e next;} while (e ! null);}}
}
关键代码是这一段 Entry[] newTable new Entry[newCapacity];
transfer(newTable);
table newTable;
如果resize()之前Entry数组的大小为A,那么newTable数组的大小为2A transfer(newTable)方法用于将原先entry[]数组中的节点转移到newTable数组中下面我们来看下transfer()方法具体干了什么。
将原来的table数组赋值给src数组获取newTable数组的长度这里为table数组长度的2倍循环遍历src数组执行下面的操作
a. 取src[j]节点的值赋值给e
b. 如果e节点不为null将src[j]的值置为null
我们来举两个简单的例子说明一下tranfer到底干了什么 当src[j]不为空时比方说src[j]中保存的Entry节点key”key2”,value”value2”src[j]指向的下一个节点key”key1”,value”value1”如下图所示
最开始的时候newTable[]中并没有存放任何Entry节点只是单纯的进行了初始化。结合上面代码我们可以看到此时e entry2节点next节点值为entry1利用indexFor重新计算出e节点的散列位置。e节点的next指向被初始化后的newTable[i]节点同时newTabel[i]的值也被赋值为e节点最后执行e next;此时e等于entry1 形成节点的示意图如下 接着执行next e.next此时e的next节点为nullnext null利用indexFor计算出新的散列位置比如说新的散列位置为j此时以newTable[j]为头节点的链表中已经存在了两个节点。如下图所示 我们将待处理的节点entry节点插入后会变成什么样呢 简单的来说resize方法就是去逐个遍历table[i]后面的Entry节点链表利用indexFor方法重新结算节点的散落位置并将其插入到以newTable[]为头结点的链表中去。五、get()方法解析
说完了put我们再来看一下get方法 public V get(Object key) {if (key null)return getForNullKey();int hash hash(key.hashCode());for (EntryK,V e table[indexFor(hash, table.length)];e ! null;e e.next) {Object k;if (e.hash hash ((k e.key) key || key.equals(k)))return e.value;}return null;
}private V getForNullKey() {for (EntryK,V e table[0]; e ! null; e e.next) {if (e.key null)return e.value;}return null;
}
理解了put方法时如何往hashmap中放入键值对的那么get()方法也就很好理解了。我们来具体看看get()方法的实现。
如果key值为null执行getForNullKey()方法。当key值为null时新的键值对会放到table[0]处所以我们先去遍历table[0]位置的节点链表查看是否有key值为null的节点。如果有的话直接返回value。如果找不到key为null的节点返回null。如果key值不为null利用indexFor方法找到当前key所处的table[i]位置遍历table[i]位置的节点链表。根据e.hash hash ((k e.key) key || key.equals(k))来判断是否有相同key值的节点。如果当前位置链表中存在key值相同的Entry节点返回Entry节点保存的value。如果找不到key值匹配的Entry节点返回null。六、remove()方法解析 public V remove(Object key) {EntryK,V e removeEntryForKey(key);return (e null ? null : e.value);
}final EntryK,V removeEntryForKey(Object key) {int hash (key null) ? 0 : hash(key.hashCode());int i indexFor(hash, table.length);EntryK,V prev table[i];EntryK,V e prev;while (e ! null) {EntryK,V next e.next;Object k;if (e.hash hash ((k e.key) key || (key ! null key.equals(k)))) {modCount;size--;if (prev e)table[i] next;elseprev.next next;e.recordRemoval(this);return e;}prev e;e next;}return e;
}
别看remove方法这么长其实它的逻辑很简单
通过hash()和IndexFor()方法找到当前Entry节点的散列位置iprev节点为当前节点的上一个节点初始值为table[i]节点e节点表示当前节点。比较待删除节点的key值和当前节点的key值是否相符。如果找不到相符的节点返回null 如果有相符的节点且为头结点e节点的下一个节点将被赋值给table[i] 如果有相匹配的节点并且不为头结点则prev节点不再指向e而是指向e.next也即是prev.next e.next;相当于一个断链操作七、HashMap遍历
如果让你写一个hashmap的遍历代码估计大部分人写出下面这段代码。可是HashMap的遍历过程到底是怎么样的为什么我们每次取值的时候都使用iter.next()来取值的呢下面我们就来看看HashMap的遍历实现。 Itreator iter map.entrySet().itreator();while(iter.hashNext()){Map.entryk,v entry (Map.entryk,v) iter.next();
}
HashMap类中有一个私有类EntrySet它继承自AbstractSet类。EntrySet类中有一个iterator()方法也就是我们上面在遍历hashMap所调用的iterator()方法它会返回一个Iterator对象。 我们来看看iterator方法 public IteratorMap.EntryK,V iterator() {return newEntryIterator();
}
iterator()方法中调用了newEntryIterator()方法接着进入newEntryIterator()方法看看。 IteratorMap.EntryK,V newEntryIterator() {return new EntryIterator();
}
newEntryIterator方法又创建了一个EntryIterator对象并返回。这个EntryIterator很关键我们来具体看看这个类。 private final class EntryIterator extends HashIteratorMap.EntryK,V {public Map.EntryK,V next() {return nextEntry();}
}
EntryIterator类继承自HashItertor类而且HashIterator类只有一个方法next()。既然EntryIterator继承自HashIterator类那么EntryIterator到底继承了父类的哪些对象默认实现了父类的哪些方法呢我们再看看HashIterator类。 private abstract class HashIteratorE implements IteratorE {EntryK,V next; // next entry to returnint expectedModCount; // For fast-failint index; // current slotEntryK,V current; // current entryHashIterator() {expectedModCount modCount;if (size 0) { // advance to first entryEntry[] t table;while (index t.length (next t[index]) null);}}
}
HashIterator类中有四个属性它们的用处代码注释已经简单明了的介绍了。值得注意的是HashIterator()提供了一个无参的构造方法然而他并没有对所有的属性进行初始化在这里我们需要明确的是index的值将会被赋为0。同时后面还有一大段它干了什么呢
首先是Entry[] t table将当前存储头结点的Entry[]数组table赋值给t 接着执行一个while循环 while (index t.length (next t[index]) null) 当index大于table的长度或者当前t[index]位置保存的节点不为空时将会结束while循环。也就是说该循环目的是为了找出table[]数组中第一个存储了Entry对象的位置并用index变量记录该位置。 我们再总结一下当Itreator iter map.entrySet().itreator();这句代码结束之后我们获得了一个Iterator对象这个对象保存了当前hashMap的modCount值index用于标识table[]数组中第一个不为null的位置同时next的初始值也等同于table[index]的值。 while(iter.hashNext())
当前对象实际上为HashIterator对象HashIterator对象的hasNext()方法十分的简单 public final boolean hasNext() {return next ! null;
} Map.entryk,v entry (Map.entryk,v) iter.next();
再梳理一下逻辑EntryIterator 有一个方法next public Map.EntryK,V next() {return nextEntry();
}final EntryK,V nextEntry() {if (modCount ! expectedModCount)throw new ConcurrentModificationException();EntryK,V e next;if (e null)throw new NoSuchElementException();if ((next e.next) null) {Entry[] t table;while (index t.length (next t[index]) null);}current e;return e;
}
如果modCount值不等于expectedModCount表示在当前遍历过程中HashMap可能被其他线程修改过我们需要抛出ConcurrentModificationException异常这也就是我们常说fast-fail。同时新建一个Entry节点e赋值为next(第一次进来是next指向的就是table[]数组中第一个不为null的头结点)。 如果说当前节点的下一个节点为null相当于遍历到了当前table[i]所指向链表的最后一个节点。此时我们应当去寻找table数组中下一个头结点不为null的位置。 执行while (index t.length (next t[index]) null) 找到下一个不为null的头结点并保存到next节点中。 返回当前节点e
