Java学习之HashMap
来源：互联网 发布：批发零售软件 编辑：程序博客网 时间：2024/06/09 21:35
我们都站在巨人的肩膀上
1.HashMap源码
public class HashMap<K,V> extends AbstractMap<K,V> implements Map<K,V>, Cloneable, Serializable{ // 默认的初始容量 static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; // aka 16 // 最大容量 static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30; // 默认加载因子，即当 元素个数 超过 容量长度的0.75倍 时，进行扩容 static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f; //共享空表 static final Entry<?,?>[] EMPTY_TABLE = {}; // 这个表调整时必须是原先的两倍 transient Entry<K,V>[] table = (Entry<K,V>[]) EMPTY_TABLE; // 容量 transient int size; // 下一次的容量规则为（容量*负载因数） // 在创建表时，如果table == EMPTY_TABLE 这是初始容量 int threshold; // 哈希表的加载因子 final float loadFactor; // hash表被修改的次数 transient int modCount; // map 的最大值临界值 static final int ALTERNATIVE_HASHING_THRESHOLD_DEFAULT = Integer.MAX_VALUE; // 这个方法需要在JVM启动之后执行 private static class Holder { // 超过表容量使用hash散列 static final int ALTERNATIVE_HASHING_THRESHOLD; static { // AccessController.doPrivileged 意思是这个是特别的,不用做权限检查。 // 获取jdk内置的阀值 String altThreshold = java.security.AccessController.doPrivileged( new sun.security.action.GetPropertyAction( "jdk.map.althashing.threshold")); // 设置当前阀值 int threshold; try { threshold = (null != altThreshold) ? Integer.parseInt(altThreshold) : ALTERNATIVE_HASHING_THRESHOLD_DEFAULT; // 如果是-1禁止用散列 if (threshold == -1) { threshold = Integer.MAX_VALUE; } if (threshold < 0) { throw new IllegalArgumentException("value must be positive integer."); } } catch(IllegalArgumentException failed) { throw new Error("Illegal value for 'jdk.map.althashing.threshold'", failed); } ALTERNATIVE_HASHING_THRESHOLD = threshold; } } // 解决hash冲突，如果是0禁止用散列 transient int hashSeed = 0; // 指定初始大小和负载因子的构造函数 public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) { if (initialCapacity < 0) throw new IllegalArgumentException("Illegal initial capacity: " + initialCapacity); // 不能大于最大容量 if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY) initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY; if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor)) throw new IllegalArgumentException("Illegal load factor: " + loadFactor); this.loadFactor = loadFactor; threshold = initialCapacity; init(); } // 指定初始化大小的构造函数，默认负载因子为0.75 public HashMap(int initialCapacity) { this(initialCapacity, DEFAULT_LOAD_FACTOR); } // 无参构造，默认容量大小为16，负载因子为0.75 public HashMap() { this(DEFAULT_INITIAL_CAPACITY, DEFAULT_LOAD_FACTOR); } // 构造一个与指定map相同关系的hashmap public HashMap(Map<? extends K, ? extends V> m) { // Math.max(...)计算大小 // 默认负载因子为0.75 this(Math.max((int) (m.size() / DEFAULT_LOAD_FACTOR) + 1, DEFAULT_INITIAL_CAPACITY), DEFAULT_LOAD_FACTOR); // 初始化hashmap inflateTable(threshold); // 将map转hashmap putAllForCreate(m); } // 这个方法是用来返回大于等于最接近number的2的冪数 private static int roundUpToPowerOf2(int number) { // assert number >= 0 : "number must be non-negative"; return number >= MAXIMUM_CAPACITY ? MAXIMUM_CAPACITY // 用来返回小于等于最接近number的2的冪数 : (number > 1) ? Integer.highestOneBit((number - 1) << 1) : 1; } // 初始化该表 private void inflateTable(int toSize) { // 初始化容量大小 int capacity = roundUpToPowerOf2(toSize); threshold = (int) Math.min(capacity * loadFactor, MAXIMUM_CAPACITY + 1); table = new Entry[capacity]; initHashSeedAsNeeded(capacity); } // internal utilities // 重写入口 void init() { } // 初始化散列掩码值。我们推迟初始化直到真的需要它 final boolean initHashSeedAsNeeded(int capacity) { boolean currentAltHashing = hashSeed != 0; boolean useAltHashing = sun.misc.VM.isBooted() && (capacity >= Holder.ALTERNATIVE_HASHING_THRESHOLD); boolean switching = currentAltHashing ^ useAltHashing; if (switching) { hashSeed = useAltHashing ? sun.misc.Hashing.randomHashSeed(this) : 0; } return switching; } //检索对象的散列码和补充哈希函数适用于散列结果,防范质量差哈希函数。 //这是至关重要的,因为HashMap使用哈希表2的幂长度,否则遇到的碰撞在低比特hashcode不同。 //注意:零键总是映射到散列0,因此索引0。 final int hash(Object k) { int h = hashSeed; // 如果hashSeed不等于0则可以使用hash函数 if (0 != h && k instanceof String) { return sun.misc.Hashing.stringHash32((String) k); } h ^= k.hashCode(); // 此功能确保不同，只有不断的倍数在每一位哈希码有有限数量的碰撞（约8在默认加载因子）。 h ^= (h >>> 20) ^ (h >>> 12); return h ^ (h >>> 7) ^ (h >>> 4); } // 返回哈希值的索引 static int indexFor(int h, int length) { // length必须为非0、2的幂 return h & (length-1); } public int size() { return size; } public boolean isEmpty() { return size == 0; } // 根据key获取value public V get(Object key) { // key为null时，hashmap定义了返回key==null 的方法。hashmap允许存在多个key为null的映射 if (key == null) return getForNullKey(); // null == entry的话，返回null，否则返回value Entry<K,V> entry = getEntry(key); return null == entry ? null : entry.getValue(); } // key==null时，或者返回值 private V getForNullKey() { // size==0则返回null if (size == 0) { return null; } // size!=0,返回null==key的value for (Entry<K,V> e = table[0]; e != null; e = e.next) { if (e.key == null) return e.value; } return null; } // 如何key存在，则返回true public boolean containsKey(Object key) { return getEntry(key) != null; } // 返回指定key的实例 final Entry<K,V> getEntry(Object key) { if (size == 0) { return null; } int hash = (key == null) ? 0 : hash(key); for (Entry<K,V> e = table[indexFor(hash, table.length)]; e != null; e = e.next) { Object k; // 返回条件：1.哈希值必须相同，2.key必须相同 if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) return e; } return null; } // 如果key存在则替换该旧值 public V put(K key, V value) { // 如果table为空表则初始化该表 if (table == EMPTY_TABLE) { inflateTable(threshold); } // 如果key为null，则设置key为null的value值 if (key == null) return putForNullKey(value); int hash = hash(key); int i = indexFor(hash, table.length); for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) { Object k; // 如果hash值相同并key相同，则替换值 if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) { V oldValue = e.value; e.value = value; e.recordAccess(this); return oldValue; } } // 记录操作次数 modCount++; // 添加实例 addEntry(hash, key, value, i); return null; } // 替换key为null 的value值 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; } // 这里只是调用方法，这里不对表进行调整容量和检查等等，只是创建不是添加 private void putForCreate(K key, V value) { int hash = null == key ? 0 : hash(key); int i = indexFor(hash, table.length); // 这里永远不会发生克隆和反序列化，如果输入是一个有序的map，输出不一定与排序顺序一致 for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) { Object k; if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) { e.value = value; return; } } createEntry(hash, key, value, i); } // 输入一个map，进行创建 private void putAllForCreate(Map<? extends K, ? extends V> m) { for (Map.Entry<? extends K, ? extends V> e : m.entrySet()) putForCreate(e.getKey(), e.getValue()); } // 调整大小，必须是比之前容量要大，当map容量达到阀值时调用，MAXIMUM_CAPACITY不用来调整大小，用Integer.MAX_VALUE进行调整 void resize(int newCapacity) { Entry[] oldTable = table; int oldCapacity = oldTable.length; // 如果旧值等于map容量最大值，则用Integer.MAX_VALUE扩容 if (oldCapacity == MAXIMUM_CAPACITY) { threshold = Integer.MAX_VALUE; return; } Entry[] newTable = new Entry[newCapacity]; // 转移当前表所有的条目 transfer(newTable, initHashSeedAsNeeded(newCapacity)); table = newTable; // 设置阀值 threshold = (int)Math.min(newCapacity * loadFactor, MAXIMUM_CAPACITY + 1); } // 转移当前表所有的条目 void transfer(Entry[] newTable, boolean rehash) { int newCapacity = newTable.length; for (Entry<K,V> e : table) { while(null != e) { Entry<K,V> next = e.next; if (rehash) { e.hash = null == e.key ? 0 : hash(e.key); } int i = indexFor(e.hash, newCapacity); e.next = newTable[i]; newTable[i] = e; e = next; } } } // 替换当前所有映射(key/value) public void putAll(Map<? extends K, ? extends V> m) { // m为空则不做任何操作 int numKeysToBeAdded = m.size(); if (numKeysToBeAdded == 0) return; // table为空表时，则初始化表 if (table == EMPTY_TABLE) { inflateTable((int) Math.max(numKeysToBeAdded * loadFactor, threshold)); } // 如果当前map的容量大于阀值则进行一个保守计算，进行扩容 if (numKeysToBeAdded > threshold) { // 目标容量 int targetCapacity = (int)(numKeysToBeAdded / loadFactor + 1); // 如果目标容量大于map最大容量，则赋值为map最大容量 if (targetCapacity > MAXIMUM_CAPACITY) targetCapacity = MAXIMUM_CAPACITY; // 如果当前table的容量小于目标容量，则进行扩容 int newCapacity = table.length; while (newCapacity < targetCapacity) newCapacity <<= 1; // 如果扩容后的容量大于当前table的容量则进行调整 if (newCapacity > table.length) resize(newCapacity); } // 插入值 for (Map.Entry<? extends K, ? extends V> e : m.entrySet()) put(e.getKey(), e.getValue()); } // 根据key删除映射，如果实例不存在则返回null，如果存在则返回实例 public V remove(Object key) { Entry<K,V> e = removeEntryForKey(key); return (e == null ? null : e.value); } // 根据key删除实例并返回该实例 final Entry<K,V> removeEntryForKey(Object key) { if (size == 0) { return null; } int hash = (key == null) ? 0 : hash(key); int i = indexFor(hash, table.length); Entry<K,V> prev = table[i]; Entry<K,V> e = prev; while (e != null) { // 记录next Entry<K,V> next = e.next; Object k; if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) { // 记录操作次数 modCount++; // 容量-1 size--; // 如果为头节点，则直接赋值为next，否则将prev.next = next if (prev == e) table[i] = next; else prev.next = next; e.recordRemoval(this); return e; } prev = e; e = next; } return e; } // 根据一个实例删除 final Entry<K,V> removeMapping(Object o) { if (size == 0 || !(o instanceof Map.Entry)) return null; Map.Entry<K,V> entry = (Map.Entry<K,V>) o; Object key = entry.getKey(); int hash = (key == null) ? 0 : hash(key); 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; if (e.hash == hash && e.equals(entry)) { modCount++; size--; if (prev == e) table[i] = next; else prev.next = next; e.recordRemoval(this); return e; } prev = e; e = next; } return e; } // 删除所有map映射 public void clear() { modCount++; // 将table设置为空 Arrays.fill(table, null); // 将长度制设置为0 size = 0; } // 检查是否存在指定value public boolean containsValue(Object value) { if (value == null) return containsNullValue(); Entry[] tab = table; for (int i = 0; i < tab.length ; i++) for (Entry e = tab[i] ; e != null ; e = e.next) if (value.equals(e.value)) return true; return false; } // 检查是否存在值为null的value private boolean containsNullValue() { Entry[] tab = table; for (int i = 0; i < tab.length ; i++) for (Entry e = tab[i] ; e != null ; e = e.next) if (e.value == null) return true; return false; } // 克隆一个新map，key/value并不克隆 public Object clone() { HashMap<K,V> result = null; try { result = (HashMap<K,V>)super.clone(); } catch (CloneNotSupportedException e) { // assert false; } // table不为空则初始化表 if (result.table != EMPTY_TABLE) { result.inflateTable(Math.min( (int) Math.min( size * Math.min(1 / loadFactor, 4.0f), // we have limits... 最大限制为map的最大容量 HashMap.MAXIMUM_CAPACITY), table.length)); } result.entrySet = null; result.modCount = 0; result.size = 0; result.init(); result.putAllForCreate(this); return result; } static class Entry<K,V> implements Map.Entry<K,V> { final K key; V value; Entry<K,V> next; 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 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; } // Entity hashCode计算方法，key.hashCode^value.hashCode public final int hashCode() { return Objects.hashCode(getKey()) ^ Objects.hashCode(getValue()); } public final String toString() { return getKey() + "=" + getValue(); } // 替换值时，调用次方法 void recordAccess(HashMap<K,V> m) { } // 删除值时，调用次方法 void recordRemoval(HashMap<K,V> m) { } } // 添加一个新实例到map中，并且检查扩容 // 子类可重写此方法 void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) { // size大于阀值并且该值不为空，则进行调整 if ((size >= threshold) && (null != table[bucketIndex])) { resize(2 * table.length); hash = (null != key) ? hash(key) : 0; // 计算新下标 bucketIndex = indexFor(hash, table.length); } createEntry(hash, key, value, bucketIndex); } // 创建实例 // 子类可重写此方法 void createEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) { Entry<K,V> e = table[bucketIndex]; table[bucketIndex] = new Entry<>(hash, key, value, e); size++; } // 迭代器 private abstract class HashIterator<E> implements Iterator<E> { Entry<K,V> next; // next entry to return int expectedModCount; // For fast-fail int index; // 当前的位置 Entry<K,V> current; // 当前的实例 HashIterator() { // 当前map的操作次数 expectedModCount = modCount; // 如果map不为空，则将当前table赋值给新数组，并确定下一个实例是否为空 if (size > 0) { // advance to first entry Entry[] t = table; while (index < t.length && (next = t[index++]) == null) ; } } public final boolean hasNext() { return next != null; } final Entry<K,V> nextEntry() { // 修改次数要保持一致 if (modCount != expectedModCount) throw new ConcurrentModificationException(); Entry<K,V> e = next; // 实例不能为空 if (e == null) throw new NoSuchElementException(); // 如果next为空，则将现有的table赋值给新数组，并确定下一个实例是否为空 if ((next = e.next) == null) { Entry[] t = table; while (index < t.length && (next = t[index++]) == null) ; } // 赋值给当前实例 current = e; return e; } public void remove() { // 当前实例不能为null if (current == null) throw new IllegalStateException(); // 操作次数必须一致才能执行删除操作 if (modCount != expectedModCount) throw new ConcurrentModificationException(); Object k = current.key; // 先将当前实例设置为空 current = null; // 调用hashmap删除方法 HashMap.this.removeEntryForKey(k); // 操作次数保持一致 expectedModCount = modCount; } } // value迭代器 private final class ValueIterator extends HashIterator<V> { public V next() { return nextEntry().value; } } // key迭代器 private final class KeyIterator extends HashIterator<K> { public K next() { return nextEntry().getKey(); } } // 实例迭代器，继承HashIterator private final class EntryIterator extends HashIterator<Map.Entry<K,V>> { public Map.Entry<K,V> next() { return nextEntry(); } } // 子类可重写一下方法，改变行为 Iterator<K> newKeyIterator() { return new KeyIterator(); } Iterator<V> newValueIterator() { return new ValueIterator(); } Iterator<Map.Entry<K,V>> newEntryIterator() { return new EntryIterator(); } // Views private transient Set<Map.Entry<K,V>> entrySet = null; // 由于是set，所以是无序序列 public Set<K> keySet() { Set<K> ks = keySet; return (ks != null ? ks : (keySet = new KeySet())); } // 继承set抽象类，所以keySet有AbstractSet的特征，操作基本是hashmap的操作，但是没有add，addAll等添加方法 private final class KeySet extends AbstractSet<K> { public Iterator<K> iterator() { return newKeyIterator(); } public int size() { return size; } // keySet中contains判断，仅仅判断key是否存在 public boolean contains(Object o) { return containsKey(o); } // keySet中remove，仅仅判断key去删除 public boolean remove(Object o) { return HashMap.this.removeEntryForKey(o) != null; } public void clear() { HashMap.this.clear(); } } // 获取hashmap value集合 public Collection<V> values() { Collection<V> vs = values; return (vs != null ? vs : (values = new Values())); } // 继承AbstractCollection，所以具备父类特征，操作也是hashmap的操作方法 private final class Values extends AbstractCollection<V> { public Iterator<V> iterator() { return newValueIterator(); } public int size() { return size; } // 仅仅判断value是否存在 public boolean contains(Object o) { return containsValue(o); } public void clear() { HashMap.this.clear(); } } // 由于是set集合，所以是无序集合 public Set<Map.Entry<K,V>> entrySet() { return entrySet0(); } // 不为空的情况下返回EntrySet的实例 private Set<Map.Entry<K,V>> entrySet0() { Set<Map.Entry<K,V>> es = entrySet; return es != null ? es : (entrySet = new EntrySet()); } // 继承AbstractSet，具备父类特征，同事是无序序列 private final class EntrySet extends AbstractSet<Map.Entry<K,V>> { public Iterator<Map.Entry<K,V>> iterator() { return newEntryIterator(); } public boolean contains(Object o) { // 如果不是Entry类型，则返回false if (!(o instanceof Map.Entry)) return false; Map.Entry<K,V> e = (Map.Entry<K,V>) o; // 根据key查找实例 Entry<K,V> candidate = getEntry(e.getKey()); return candidate != null && candidate.equals(e); } public boolean remove(Object o) { return removeMapping(o) != null; } public int size() { return size; } public void clear() { HashMap.this.clear(); } } // 写入流 private void writeObject(java.io.ObjectOutputStream s) throws IOException { // 写入阀值，哈希因子，和隐藏信息 s.defaultWriteObject(); // 写入一些数据 // 如果table为空表，则随机写入2的幂数 if (table==EMPTY_TABLE) { s.writeInt(roundUpToPowerOf2(threshold)); // 否则写入table表长度 } else { s.writeInt(table.length); } // 写入size s.writeInt(size); // 写入key和value if (size > 0) { for(Map.Entry<K,V> e : entrySet0()) { s.writeObject(e.getKey()); s.writeObject(e.getValue()); } } } private static final long serialVersionUID = 362498820763181265L; // 读出流 private void readObject(java.io.ObjectInputStream s) throws IOException, ClassNotFoundException { // 读出阀值、哈希因子和一些隐藏信息 s.defaultReadObject(); // 哈希因子不能小于0，或者必须是数字 if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor)) { throw new InvalidObjectException("Illegal load factor: " + loadFactor); } // 设置其他的需要的字段 table = (Entry<K,V>[]) EMPTY_TABLE; // 读出一些数据 s.readInt(); // ignored. // 读取map数量，不能小于0 int mappings = s.readInt(); if (mappings < 0) throw new InvalidObjectException("Illegal mappings count: " + mappings); // 设置容量 int capacity = (int) Math.min( mappings * Math.min(1 / loadFactor, 4.0f), // we have limits... HashMap.MAXIMUM_CAPACITY); // 如果map不为空泽初始化表 if (mappings > 0) { inflateTable(capacity); // 否则将容量作为阀值 } else { threshold = capacity; } init(); // 子类重新此方法 // 读取key/value，并作映射关系 for (int i = 0; i < mappings; i++) { K key = (K) s.readObject(); V value = (V) s.readObject(); putForCreate(key, value); } } // These methods are used when serializing HashSets int capacity() { return table.length; } float loadFactor() { return loadFactor; }} 0 0
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