Java 8之HashMap理解
来源:互联网 发布:java技能专业培训 编辑:程序博客网 时间:2024/06/07 10:04
Java 8之HashMap理解
HashMap在工作中使用频率最高的用于映射(键值对)处理的数据类型。本文主要通过JDK1.8版本,深入探讨HashMap的结构实现和功能原理。
功能实现
JDK1.8版本中HashMap是数组+链表+红黑树实现的。
由于HashMap就是使用哈希表来存储的,当两个hash值算出同一个index时,就出现了“hash冲突”——两个键值对要被插在同一个bucket里了。
常见解法有两种:
①开放式hash map:用一个bucket数组作为骨干,然后每个bucket上挂着一个链表来存放hash一样的键值对。有变种不用链表而用例如说二叉树的,反正只要是“开放”的、可以添加元素的数据结构就行;
②封闭式hash map:bucket数组就是主体了,冲突的话就线性向后在数组里找下一个空的bucket插入;查找操作亦然。java.util.HashMap用的是开放式设计。Hash冲突越多越影响访问效率,所以要尽量避免。
下面具体来看看如何实现的
首先需要清楚HashMap数据底层具体存储的是什么?
根据源码,HashMap类中有一个字段, Node[] table字段,即哈希桶数组,明显它是一个Node的数组。
我们来看Node是什么。
static class Node<K,V> implements Map.Entry<K,V> { final int hash; final K key; V value; Node<K,V> next; Node(int hash, K key, V value, Node<K,V> next) { this.hash = hash; this.key = key; this.value = value; this.next = next; }
从源码可以看出:Node是HashMap的一个内部类,实现了Map.Entry接口,本质是就是一个映射(键值对)。当我们通过hashMap.put(key,value);时,Node存储的就是我们put的k-v键值对。
确定哈希桶数组索引位置
static final int hash(Object key) { int h; return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16); } // h = key.hashCode() : 取hashCode值 // h ^ (h >>> 16) :高位参与运算 //tab[i = (n - 1) & hash]: 取模运算【这段代码是在下面的put()方法里面】
put()方法
当我们通过下面的代码添加值的时候
Map<String, String> map = new HashMap<String, String>(); map.put("key1", "value2"); map.put("key2", "value2");
具体会由HashMap的put()方法进行处理,下面就是HashMap的put()方法源码
public V put(K key, V value) { // 对key的hashCode()做hash return putVal(hash(key), key, value, false, true); }final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent, boolean evict) { Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, i; // ①:tab为空或者tab长度为0 if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0) //执行resize()进行扩容 n = (tab = resize()).length; // ②:根据键值key计算hash值得到插入的哈希数组索引i,并对null做处理 if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null) //null的话说明tab中index位置没有node,那么就可以直接创建node添加到数组中 tab[i] = newNode(hash, key, value, null); else { Node<K,V> e; K k; // ③:节点key存在,直接覆盖value if (p.hash == hash && ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) //覆盖value e = p; // ④:判断该链表为红黑树,如果是红黑树,则直接在树中插入键值对 else if (p instanceof TreeNode) e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value); else { // ⑤该链为链表则遍历table[i],判断链表长度是否大于8,大于8的话把链表转换为红黑树, //在红黑树中执行插入操作,否则进行链表的插入操作; //遍历过程中若发现key已经存在直接覆盖value即可 for (int binCount = 0; ; ++binCount) { if ((e = p.next) == null) { p.next = newNode(hash, key, value, null); //链表长度大于8转换为红黑树进行处理 if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st treeifyBin(tab, hash); break; } //遍历过程中若发现key已经存在直接覆盖value即可 if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) break; p = e; } } if (e != null) { // existing mapping for key V oldValue = e.value; if (!onlyIfAbsent || oldValue == null) e.value = value; afterNodeAccess(e); return oldValue; } } ++modCount; // ⑥:超过最大容量 就扩容 if (++size > threshold) resize(); afterNodeInsertion(evict); return null; } static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8;
从上面的源码可以总结出HashMap的put()方法的执行流程:
①.判断哈希桶数组table[i]是否为空或length为0,否则执行resize()进行扩容;
②.根据键值key计算hash值得到插入的哈希数组索引i,如果table[i]==null,直接新建节点添加,转向⑥,如果table[i]不为空,转向③;
③.判断table[i]的元素,也就是Node节点中的hash值是否与要添加的key的hash值相等,并且Node节点中的key与要添加的key是否相等,也就是是hashCode以及equals,如果相同直接覆盖value,如果仅仅是hash值一样,key不一样,那么转向④;
④.判断table[i] 是否为treeNode,即table[i] 是否是红黑树,如果是红黑树,则直接在树中插入键值对,否则转向⑤;
⑤.遍历table[i],判断链表长度是否大于8,大于8的话把链表转换为红黑树,在红黑树中执行插入操作,否则进行链表的插入操作;遍历过程中若发现key已经存在直接覆盖value即可;
⑥.插入成功后,判断实际存在的键值对数量size是否超多了最大容量threshold,如果超过,进行扩容。
get()方法
public V get(Object key) { Node<K,V> e; return (e = getNode(hash(key), key)) == null ? null : e.value; }final Node<K,V> getNode(int hash, Object key) { Node<K,V>[] tab; Node<K,V> first, e; int n; K k; //①tab不为空并且tab.length不为0,tab[i]也不为空 if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 && (first = tab[(n - 1) & hash]) != null) { //如果hash和key都一样,直接从哈希数组桶中获取value值 if (first.hash == hash && // always check first node ((k = first.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) return first; //②如果hash一样,但是key不一样,则从红黑树或者链表中查找 if ((e = first.next) != null) { //如果是红黑树,则到红黑树中查找 if (first instanceof TreeNode) return ((TreeNode<K,V>)first).getTreeNode(hash, key); do { //从链表中循环迭代查找 if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) return e; } while ((e = e.next) != null); } } return null; }
从上面的源码可以总结出HashMap的get()方法的执行流程:
①.判断哈希桶数组tab[i]是否为空或length为0,根据键值key计算hash值得到查找的哈希数组索引i,如果tab[i]==null,转向⑤;否则转向②
②.判断tab[i]的元素,也就是Node节点中的hash值是否与要查找的key的hash值相等,并且Node节点中的key与要查找的key是否相等,也就是hashCode以及equals,如果相同则return node<k,v>,如果仅仅是hash值一样,key不一样,那么转向③;
③.判断table[i] 是否为treeNode,即table[i] 是否是红黑树,如果是红黑树,则直接在树中查找键值对,否则转向④;
④从链表中查找,首先遍历tab[i],根据hashCode以及equals查找到Node<k,v>;如果查不到转向⑤;
⑤.如果查不到return null。
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