Java HashMap 分析之一:基本结构

来源：互联网发布：淘宝上的学历是真的吗编辑：程序博客网时间：2024/06/05 08:46

Java的HashMap非常的常用，本篇研究它的实现算法，最后希望计算出内存占用，性能的量化数据，然后得出什么时候使用HashMap，什么时候不能滥用的结论。
HashMap实际上是一个数组，数组里面的每个元素都是一个链表。每个元素在通过put方法放入HashMap中的时候，要按照如下步骤进行：
1.根据该元素自身提供的hashcode计算出散列值，该散列值就是数组的下标
2.将新元素放入该数组位置的链表中

先来看一下数组的定义：

[java] view plaincopyprint?

/**
* The table, resized as necessary. Length MUST Always be a power of two.
*/
transient Entry[] table;

/**     * The table, resized as necessary. Length MUST Always be a power of two.     */    transient Entry[] table;

这是一个数组，transient关键字告诉我们它不会参与序列化。既然是一个数组，总有数目上限，也就意味着如果存入HashMap的元素太多，导致数组大小不能够存放所有的链表的时候，数组大小必须要能够调整。所以首先来考察一下数组容量的相关算法。
第一，Entry是什么类型？

[java] view plaincopyprint?

static class Entry<K,V>implements Map.Entry<K,V> {
final K key;
V value;
Entry<K,V> next;
final int hash;
/**
* Creates new entry.
*/
Entry(int h, K k, V v, Entry<K,V> n) {
value = v;
next = n;
key = k;
hash = h;
}
....
public finalboolean equals(Object o) {
if (!(o instanceof Map.Entry))
return false;
Map.Entry e = (Map.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());
}
....

static class Entry<K,V> implements Map.Entry<K,V> {        final K key;        V value;        Entry<K,V> next;        final int hash;        /**         * Creates new entry.         */        Entry(int h, K k, V v, Entry<K,V> n) {            value = v;            next = n;            key = k;            hash = h;        }        ....        public final boolean equals(Object o) {            if (!(o instanceof Map.Entry))                return false;            Map.Entry e = (Map.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());        }        ....

这是一个HashMap类的内部静态类。实现了Map.Entry接口。接受两个模板参数K和V。key和hash一旦在构造函数中被初始化，就不可改变，并且由于有next的存在，Entry可以构成一个单向链表。
比较重要的是equals和hashCode方法。代码先列出来，后面再解释。

第二，初始容量的设定
大多数都在下面的构造函数里面.用于指定的initialCapacity不准小于0，也不能超过最大值。并且最终的capicity必须是2的n次方。还有如果使用了无参数的构造函数，默认会创建一个拥有16个元素的数组。

[java] view plaincopyprint?

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;
threshold = (int)(capacity * loadFactor);
table = new Entry[capacity];
init();
}

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;        threshold = (int)(capacity * loadFactor);        table = new Entry[capacity];        init();    }

第三,什么时候应该调整数组的大小？
算法是这样，有一个变量size保存了实际数组已经使用了多少个元素，并且如果size的值达到了变量threshold的值，就必须扩充数组的容量。threshold=capicity*loadFactor.capicity是数组最大的容纳元素个数，loadFactor可以在构造函数中制定，否则采用默认值0.75f。capicity的最大值是1<<30(也就是2的30次方,1073741824).由此我们可以看到HashMap最多存放10亿多个链表。
第四，如何调整数组大小？
答案是2倍，很像C++里面的vector的分配策略。

[java] view plaincopyprint?

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);
}

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);    }

第五，为什么数组大小必须是2的倍数？
在后面介绍散列值算法的时候会回答。

0 0