android HashMap源码分析
来源:互联网 发布:启动gta5需要网络连接 编辑:程序博客网 时间:2024/05/18 02:47
HashMap 数据结构
数据结构中有数组与链表两种模式,但是这两种模式都存在一定的缺陷
数组
数组:数组的存储区域是连续的,占用内存比较严重,空间复杂度比较高,但是数组在查找时是比较简单的。数组特点:查找容易,删除、插入比较复杂
链表
链表:链表的存储区域是不连续的,占用内存比较宽松,但是当在链表中查找某一个元素时是比较复杂的。链表特点:删除、插入比较简单,查找比较复杂。
HashMap是一种数据存储的容器,并且很好的将数组与链表结合使用
下面通过对HashMap源码分析来更好的了解HashMap的存储机制。
HashMap构造函数
在HashMap.java中可以看到有四个构造函数分别是:
public HashMap() { this(DEFAULT_INITIAL_CAPACITY, DEFAULT_LOAD_FACTOR); }
public HashMap(int initialCapacity) { this(initialCapacity, DEFAULT_LOAD_FACTOR); }
public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) { if (initialCapacity < 0) throw new IllegalArgumentException("Illegal initial capacity: " + initialCapacity); if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY) { initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY; } else if (initialCapacity < DEFAULT_INITIAL_CAPACITY) { initialCapacity = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY; } if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor)) throw new IllegalArgumentException("Illegal load factor: " + loadFactor); // Android-Note: We always use the default load factor of 0.75f. // This might appear wrong but it's just awkward design. We always call // inflateTable() when table == EMPTY_TABLE. That method will take "threshold" // to mean "capacity" and then replace it with the real threshold (i.e, multiplied with // the load factor). threshold = initialCapacity; init(); }
以上三个构造方法相信读者都能理解
下面重点说明上述三个构造方法中的参数
int initialCapacity: HashMap数据结构中存储的容量
initialCapacity的默认值 int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 4
float loadFactor:负载因子,该参数决定HashMap中当存储数据为多少时,容器自动扩容。
loadFactor 默认值:float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f
public HashMap(Map<? extends K, ? extends V> m) { this(Math.max((int) (m.size() / DEFAULT_LOAD_FACTOR) + 1, DEFAULT_INITIAL_CAPACITY), DEFAULT_LOAD_FACTOR); inflateTable(threshold); putAllForCreate(m); }
第四个构造函数本人目前使用较少,暂时不做详解。
HashMap内部实体类
HashMapEntry
static class HashMapEntry<K,V> implements Map.Entry<K,V> { final K key; V value; HashMapEntry<K,V> next; int hash; /** * Creates new entry. */ HashMapEntry(int h, K k, V v, HashMapEntry<K,V> n) { value = v; next = n; key = k; hash = h; } 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 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 Objects.hashCode(getKey()) ^ Objects.hashCode(getValue()); } public final String toString() { return getKey() + "=" + getValue(); } /** * This method is invoked whenever the value in an entry is * overwritten by an invocation of put(k,v) for a key k that's already * in the HashMap. */ void recordAccess(HashMap<K,V> m) { } /** * This method is invoked whenever the entry is * removed from the table. */ void recordRemoval(HashMap<K,V> m) { } }
着重了解HashMap内部实体类中当变量
K key:HashMap数据存储时 key值
V value:HashMap数据存储时value值
int hash:key的hashCode通过位运算生成的int值
HashMapEntry
HashMap 数据存储
put
@Override public V put(K key, V value) { if (table == EMPTY_TABLE) { inflateTable(threshold); } if (key == null) return putForNullKey(value); int hash = sun.misc.Hashing.singleWordWangJenkinsHash(key); int i = indexFor(hash, table.length); for (HashMapEntry<K,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; }
首先来确定该方法中的几个变量
EMPTY_TABLE:HashMapEntry
private void inflateTable(int toSize) { // Find a power of 2 >= toSize int capacity = roundUpToPowerOf2(toSize); // Android-changed: Replace usage of Math.min() here because this method is // called from the <clinit> of runtime, at which point the native libraries // needed by Float.* might not be loaded. float thresholdFloat = capacity * loadFactor; if (thresholdFloat > MAXIMUM_CAPACITY + 1) { thresholdFloat = MAXIMUM_CAPACITY + 1; } threshold = (int) thresholdFloat; table = new HashMapEntry[capacity]; }
在该方法内 可以看到主要是 通过int capacity = roundUpToPowerOf2(toSize); 来重新计算 capacity值,而该值是如何计算的?
private static int roundUpToPowerOf2(int number) { // assert number >= 0 : "number must be non-negative"; int rounded = number >= MAXIMUM_CAPACITY ? MAXIMUM_CAPACITY : (rounded = Integer.highestOneBit(number)) != 0 ? (Integer.bitCount(number) > 1) ? rounded << 1 : rounded : 1; return rounded; }
在roundUpToPowerOf2 方法内主要是通过Integer的两个静态方法highestOneBit,bitCount 来重新计算capacity值的
说明:
highestOneBit:
如果一个数是0, 则返回0
如果是负数, 则返回
-2147483648 1000,0000,0000,0000,0000,0000,0000,0000(二进制表示的数)
如果是正数, 返回的则是跟它最靠近的比它小的2的N次方
其实就是一句话, 返回最高位为1, 其它位为0的数
bitCount:给定一个int类型数据,返回这个数据的二进制串中“1”的总数量
通过上述两个方法可以看出当传入的 number 值为2的N次方时,返回该值,当不为2的N次方时,返回 number<<1
得到round值之后 继续看inflateTable 方法 ,在该方法内重新将
threshold 进行复制为 capacity * loadFactor ,同时new出一个新的table数组,该数组的大小为得到的capacity值。
当非第一次put或者
if (table == EMPTY_TABLE) { inflateTable(threshold); }
上述三行代码已经执行完成之后
下面有分两种情况 当key为null以及key不为null时
1:当key == null时:
putForNullKey(value)
private V putForNullKey(V value) { for (HashMapEntry<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; }
当key== null时首先从table[0]中获取HashMapEntry对象,当该对象不为null时,判断该对象key是否为null,如果为null则将新传入的value覆盖掉oldValue,如果不为null,则获取该HashMapEntry中指向的下一个HashMapEntry对象,以此类推。
当table[0]位置HashMapEntry不存在或者 该位置中指向的下一个HashMapEntry都不存在key == null的情况下,modCount++ 并addEntry(0, null, value, 0);
void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) { if ((size >= threshold) && (null != table[bucketIndex])) { resize(2 * table.length); hash = (null != key) ? sun.misc.Hashing.singleWordWangJenkinsHash(key) : 0; bucketIndex = indexFor(hash, table.length); } createEntry(hash, key, value, bucketIndex); }
当size >= threshold && null != table[bucketIndex] 不成立时
可以看到直接之行了createEntry(hash, key, value, bucketIndex);
void createEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) { HashMapEntry<K,V> e = table[bucketIndex]; table[bucketIndex] = new HashMapEntry<>(hash, key, value, e); size++; }
在该方法中首先是获取了table[0]中当 HashMapEntry对象,同时新new出一个key为null的HashMapEntry对象,并其内部指向之前的HashMapEntry对象,同时将该key为null的对象放在table[0]位置
最后size++;
当size >= threshold && null != table[bucketIndex] 成立时
resize(2 * table.length); hash = (null != key) ? sun.misc.Hashing.singleWordWangJenkinsHash(key) : 0; bucketIndex = indexFor(hash, table.length);
直接执行 resize()方法,而该方法的作用是扩充table数组。其内部执行代码:
void resize(int newCapacity) { HashMapEntry[] oldTable = table; int oldCapacity = oldTable.length; if (oldCapacity == MAXIMUM_CAPACITY) { threshold = Integer.MAX_VALUE; return; } HashMapEntry[] newTable = new HashMapEntry[newCapacity]; transfer(newTable); table = newTable; threshold = (int)Math.min(newCapacity * loadFactor, MAXIMUM_CAPACITY + 1); }
内部执行可以看到首先判断oldTable数组长度,当oldTable数组长度等于 MAXIMUM_CAPACITY 值时直接return;
当不满足时,重新new一个2倍oldTable长度的数组,并将该数组复制给table,同时重新复制threshold值。
在该段代码中另外注意到一个方法:
transfer(newTable);
而该方法的具体实现是:
/** * Transfers all entries from current table to newTable. */ void transfer(HashMapEntry[] newTable) { int newCapacity = newTable.length; for (HashMapEntry<K,V> e : table) { while(null != e) { HashMapEntry<K,V> next = e.next; int i = indexFor(e.hash, newCapacity); e.next = newTable[i]; newTable[i] = e; e = next; } } }
可以看到该方法的具体作用是将当前数组中的内容copy到新的数组中。
到这里可以对于 resize()方法的分析已经玩车,紧接着看到内部开始执行:
hash = (null != key) ? sun.misc.Hashing.singleWordWangJenkinsHash(key) : 0;
该行代码,在该行代码中可以看到主要目的是将key值转换为hash值,
在得到对应key值的hash值之后,继续执行
bucketIndex = indexFor(hash, table.length);
而该段代码的作用是通过key值生成的hash值& table.length重新生成一个int值,而该值则代表当前value所在的数组位置。
static int indexFor(int h, int length) { // assert Integer.bitCount(length) == 1 : "length must be a non-zero power of 2"; return h & (length-1); }
至此当key为null时,putForNullKey(value)方法已经分析完成。
当key不为null,在put()方法中可以看到具体执行代码是:
int hash = sun.misc.Hashing.singleWordWangJenkinsHash(key); int i = indexFor(hash, table.length); for (HashMapEntry<K,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;
很明显在这段代码的执行是先通过key值获取到对应的hash值,通过indexFor()方法得到对应数组中的一个position,然后对该position位置进行遍历,如果该position或者该position的指向的下一个HashMapEntry中key值以及hash值是相同的那么就会用新的value替换旧的value,否则直接通过addEntry()方法将该key-value 存放到对应的数组中。
至此HashMap中对于数据的存放已经讲解完成,接下来看一下HashMap中是如何获取该value值。
get
public V get(Object key) { if (key == null) return getForNullKey(); Entry<K,V> entry = getEntry(key); return null == entry ? null : entry.getValue(); }
get方法很简单
当传入key为null时,直接之行getForNullKey()方法,该方法的具体实现是:
private V getForNullKey() { if (size == 0) { return null; } for (HashMapEntry<K,V> e = table[0]; e != null; e = e.next) { if (e.key == null) return e.value; } return null; }
可以看出如果table size为0 则直接返回null,如果不为0 则直接遍历table[0] 位置的链表,当链表中某个位置的key为null 则直接将该位置HashMapEntry中的value返回,如果table[0]位置的链表中不存在key==null的情况,则直接返回null
当key不为null的情况下执行 getEntry(key)方法,改方法的具体实现:
final Entry<K,V> getEntry(Object key) { if (size == 0) { return null; } int hash = (key == null) ? 0 : sun.misc.Hashing.singleWordWangJenkinsHash(key); for (HashMapEntry<K,V> e = table[indexFor(hash, table.length)]; e != null; e = e.next) { Object k; if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) return e; } return null; }
在该段代码中可以看到首先是通过key值以及table.length获取到该数据在table数组中的位置,同时通过该位置获取数组中对应的Entry数据,当Entry数据不为null的情况下,将Entry数据中的value值返回。
至此HashMap真对数据的put、get方法分析完成,各位看官如有疑问可以留言,或者自行通过HashMap源码进行分析。
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