一、解HashMap源码解读
1、HashMap的存储结构
2、HashMap的初始化
3、元素Hash值获取及通过hash值找到talbe下标索引
4、元素添加方法addEntry
5、HashMap扩容
6、老table重新hash成新table
7、key为null,存到哪去了
8、查找元素get(Object key)
9、根据key删除元素
1、HashMap的存储结构
在HashMap的Field中有:
transient Entry[] table;
而Entry的定义如下:
static class Entry<K,V> implements Map.Entry<K,V> { final K key; V value; Entry<K,V> next; final int hash; .........}
简单说就是一个数组+链表,结构如下图:
2、HashMap的初始化
public HashMap() {this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR;threshold=(int)(DEFAULT_INITIAL_CAPACITY*DEFAULT_LOAD_FACTOR);table = new Entry[DEFAULT_INITIAL_CAPACITY];init();}
构造方法中出现的几个关键字段:loadFactor ,threshold,CAPACITY,table
其中table上面讲了,是HashMap的存储结构。CAPACITY这个是构建HashMap的时候的容量,这里使用了系统默认的初始容量,loadFactor 是加载因子,用处是和CAPACITY相乘获得threshold,这个文档的说明如下:The next size value at which to resize (capacity * load factor)。其实就是HashMap扩容的临界值,超过这个值,则重新扩容。
这样就说明了loadFactor 的用处了。这里有人要问了。为什么要这个东西。这里就涉及到HashMap的原理了。HashMap中存储元素的时候,首先得先通过其自己的hash算法找到存储在talbe数组的索引值。但是这个hash算法并不能保证,每一个元素对应不同的talbe数组的索引值,当放入HashMap的元素过多的时候,就容易出现相同的索引值,在算法里叫冲突,这时候元素就会被加到该索引值下的链表当中,这样查找的效率就会大大降低,这显然违背了HashMap快速查找的初衷了。所有HashMap在设计的时候,就是用了这样一个加载因子,如果存储的元素个数占table长度的比例大于loadFactor 加载因子的时候,冲突加剧,这样我们就得扩容解决这样的问题。
所以总结影响HashMap效率的两个因素:1.初始容量 2.加载因子。解决的本质无非就是减少hash冲突。
3、元素Hash值获取及通过hash值找到talbe下标索引
static int hash(int h) {h ^= (h >>> 20) ^ (h >>> 12);return h ^ (h >>> 7) ^ (h >>> 4);}
这个不深究,结果是获得一个随机点的hash值
static int indexFor(int h, int length) {return h & (length-1);}
这个就是获得元素对应table下标索引的方法,h是通过上面的hash(int h)方法获得,length是table的长度
4、元素添加方法addEntry
void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {Entry<K,V> e = table[bucketIndex];table[bucketIndex] = new Entry<K,V>(hash, key, value, e);if (size++ >= threshold)resize(2 * table.length);}//Entry的构造方法Entry(int h, K k, V v, Entry<K,V> n) {value = v;next = n;key = k;hash = h;}
addEntry方法里出现的几个参数分别是:hash-->元素key的hash值,key,value不用说了,bucketIndex是计算出来的该元素对应的table下标索引。方法的前两句是,根据传入的参数生成一个Entry元素,他的next为现有table[bucketIndex]。
说白了就是将新元素加到该元素对应table[bucketIndex]链表的表头。流程如下图:
5、HashMap扩容
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);}
在元素添加方法addEntry中,添加完元素后,有下面两行代码:
if (size++ >= threshold)resize(2 * table.length);
size表示的是HashMap中有多少个元素,当元素的个数超过临界值时,会自动调用扩容方法,可以看出HashMap的扩容是翻番的扩2 * table.length。我们在来看看resize扩容方法。
前面几行是判断扩容后是否好过了最大的int值。后面几行是将原来的table中的元素,重新hash放到新的扩容后的table中。可能大家对transfer(newTable)这个方法很困惑。接下来,我们来解读这个方法的实现。
6、老table重新hash成新table
void transfer(Entry[] newTable) {Entry[] src = table;int newCapacity = newTable.length;for (int j = 0; j < src.length; j++) {Entry<K,V> e = src[j];if (e != null) {src[j] = null;do {Entry<K,V> next = e.next;int i = indexFor(e.hash, newCapacity);e.next = newTable[i];newTable[i] = e;e = next;} while (e != null);}}}
这个方法的主要作用就是,将老的table中的所有不为空的元素,重新hash放到新的table中去。估计在do之前的大家能很好理解。就是遍历table中不为空的元素。这时候找出来的e = src[j]是一个Entry链表。所以,如果不为空,还要遍历这个链表中的每一个元素,并将这些元素重新hash到新table中。下面我们对于代码讲解。
//将第一个元素e后的链表截取出来
Entry<K,V> next = e.next;
//找到e对应新table的下标索引
int i = indexFor(e.hash, newCapacity);
//将e插入到新table下标索引链表的表头
e.next = newTable[i];
//将该新table下标索引重新定位为e,这样就完成了一个元素的重新hash
newTable[i] = e;
//将截取的剩余的链表继续hash
e = next;
示意图如下:
1、Entry<K,V> next = e.next;
2、e.next = newTable[i];
即这里的e就是Entry[j],也就是
3、newTable[i] = e;
因为newTable[i]本身是一个指向浅蓝色Entry[i]的引用,这个时候,我们在将这个引用指向红色Entry[j],这样就完成了老table中一个元素的重新hash到新table中。
7、key为null,存到哪去了
在put方法里头,其实第一行就处理了key=null的情况。
if (key == null)return putForNullKey(value);//那就看看这个putForNullKey是怎么处理的吧。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;}
可以看到,前面那个for循环,是在talbe[0]链表中查找key为null的元素,如果找到,则将value重新赋值给这个元素的value,并返回原来的value。
如果上面for循环没找到。则将这个元素添加到talbe[0]链表的表头。
8、查找元素get(Object key)
public V get(Object key) {if (key == null) return getForNullKey();int hash = hash(key.hashCode());for (Entry<K,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;}
前面两行是找key为null的元素,前面说过,key为null的元素,是放在table[0]这个链表的。所以要找的话,直接到table[0]中查找就行了。
如果没找到的话。则根据key的hash值找到元素所在table中下标索引,根据其在找到元素所在链表,在遍历链表,找到该元素并返回其value,否则返回null。
public V remove(Object key) {Entry<K,V> e = removeEntryForKey(key);return (e == null ? null : e.value);}调用的还是下面的方法final Entry<K,V> removeEntryForKey(Object key) { int hash = (key == null) ? 0 : hash(key.hashCode()); int i = indexFor(hash, table.length); 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)))) { modCount++; size--; if (prev == e) table[i] = next; else prev.next = next; e.recordRemoval(this); return e; } prev = e; e = next; } return e; }
这里while循环外面的很好看懂,我们讨论while循环里的。
Entry<K,V> next = e.next;把原有的链表截出表头元素,然后判断这个表头元素的key是否就是我们要找的key。如果找出的第一个元素就是的话,我们直接将这个链表的第一个元素删除就OK。
if (prev == e)
table[i] = next;
如果不是,则遍历这个链表,下图展示了这个过程:
步骤1、初始情况
Entry<K,V> prev = table[i];
Entry<K,V> e = prev;
步骤2、没找到
Entry<K,V> next = e.next;
……..
prev = e;
e = next;
如果e这个元素不是要删除的话,则遍历下一个元素。
步骤3、找到
prev.next = next;
return e;
将prev的下一个元素指向e.next。这样就相当于删除了e
最后的结果如下:
二.解决hash冲突的办法
- 开放定址法(线性探测再散列,二次探测再散列,伪随机探测再散列)
- 再哈希法
- 链地址法
- 建立一个公共溢出区
Java中hashmap的解决办法就是采用的链地址法。
三.实现自己的HashMap
Entry.java
package edu.sjtu.erplab.hash;public class Entry<K,V>{ final K key; V value; Entry<K,V> next;//下一个结点 //构造函数 public Entry(K k, V v, Entry<K,V> n) { key = k; value = v; next = n; } 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 Entry)) return false; Entry e = (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 (key==null ? 0 : key.hashCode()) ^ (value==null ? 0 : value.hashCode()); } public final String toString() { return getKey() + "=" + getValue(); }}
MyHashMap.java
package edu.sjtu.erplab.hash;//保证key与value不为空public class MyHashMap<K, V> { private Entry[] table;//Entry数组表 static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 16;//默认数组长度 private int size; // 构造函数 public MyHashMap() { table = new Entry[DEFAULT_INITIAL_CAPACITY]; size = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY; } //获取数组长度 public int getSize() { return size; } // 求index static int indexFor(int h, int length) { return h % (length - 1); } //获取元素 public V get(Object key) { if (key == null) return null; int hash = key.hashCode();// key的哈希值 int index = indexFor(hash, table.length);// 求key在数组中的下标 for (Entry<K, V> e = table[index]; e != null; e = e.next) { Object k = e.key; if (e.key.hashCode() == hash && (k == key || key.equals(k))) return e.value; } return null; } // 添加元素 public V put(K key, V value) { if (key == null) return null; int hash = key.hashCode(); int index = indexFor(hash, table.length); // 如果添加的key已经存在,那么只需要修改value值即可 for (Entry<K, V> e = table[index]; e != null; e = e.next) { Object k = e.key; if (e.key.hashCode() == hash && (k == key || key.equals(k))) { V oldValue = e.value; e.value = value; return oldValue;// 原来的value值 } } // 如果key值不存在,那么需要添加 Entry<K, V> e = table[index];// 获取当前数组中的e table[index] = new Entry<K, V>(key, value, e);// 新建一个Entry,并将其指向原先的e return null; }}
MyHashMapTest.java
package edu.sjtu.erplab.hash;public class MyHashMapTest { public static void main(String[] args) { MyHashMap<Integer, Integer> map = new MyHashMap<Integer, Integer>(); map.put(1, 90); map.put(2, 95); map.put(17, 85); System.out.println(map.get(1)); System.out.println(map.get(2)); System.out.println(map.get(17)); System.out.println(map.get(null)); }}