HashSet and HashMap

總體介紹

之所以把HashSet和HashMap放在一起講解，是因?yàn)槎咴贘ava里有著相同的實(shí)現(xiàn)蜓斧，前者僅僅是對(duì)后者做了一層包裝仓蛆，也就是說(shuō)HashSet里面有一個(gè)HashMap（適配器模式）。因此本文將重點(diǎn)分析HashMap挎春。

HashMap實(shí)現(xiàn)了Map接口看疙，即允許放入key為null的元素豆拨，也允許插入value為null的元素；除該類未實(shí)現(xiàn)同步外能庆，其余跟Hashtable大致相同施禾；跟TreeMap不同，該容器不保證元素順序搁胆，根據(jù)需要該容器可能會(huì)對(duì)元素重新哈希弥搞，元素的順序也會(huì)被重新打散，因此不同時(shí)間迭代同一個(gè)HashMap的順序可能會(huì)不同丰涉。 根據(jù)對(duì)沖突的處理方式不同拓巧，哈希表有兩種實(shí)現(xiàn)方式，一種開放地址方式（Open addressing）一死，另一種是沖突鏈表方式（Separate chaining with linked lists）肛度。Java HashMap采用的是沖突鏈表方式。

HashMap_base

從上圖容易看出投慈，如果選擇合適的哈希函數(shù)承耿，put()和get()方法可以在常數(shù)時(shí)間內(nèi)完成。但在對(duì)HashMap進(jìn)行迭代時(shí)伪煤，需要遍歷整個(gè)table以及后面跟的沖突鏈表加袋。因此對(duì)于迭代比較頻繁的場(chǎng)景，不宜將HashMap的初始大小設(shè)的過(guò)大抱既。

有兩個(gè)參數(shù)可以影響HashMap的性能：初始容量（inital capacity）和負(fù)載系數(shù)（load factor）职烧。初始容量指定了初始table的大小，負(fù)載系數(shù)用來(lái)指定自動(dòng)擴(kuò)容的臨界值防泵。當(dāng)entry的數(shù)量超過(guò)capacity*load_factor時(shí)蚀之，容器將自動(dòng)擴(kuò)容并重新哈希。對(duì)于插入元素較多的場(chǎng)景捷泞，將初始容量設(shè)大可以減少重新哈希的次數(shù)足删。

將對(duì)象放入到HashMap或HashSet中時(shí)，有兩個(gè)方法需要特別關(guān)心：hashCode()和equals()锁右。hashCode()方法決定了對(duì)象會(huì)被放到哪個(gè)bucket里失受，當(dāng)多個(gè)對(duì)象的哈希值沖突時(shí)，equals()方法決定了這些對(duì)象是否是“同一個(gè)對(duì)象”咏瑟。所以拂到，如果要將自定義的對(duì)象放入到HashMap或HashSet中，需要@OverridehashCode()和equals()方法码泞。

方法剖析

get()

get(Object key)方法根據(jù)指定的key值返回對(duì)應(yīng)的value兄旬，該方法調(diào)用了getEntry(Object key)得到相應(yīng)的entry，然后返回entry.getValue()浦夷。因此getEntry()是算法的核心辖试。 算法思想是首先通過(guò)hash()函數(shù)得到對(duì)應(yīng)bucket的下標(biāo)，然后依次遍歷沖突鏈表劈狐，通過(guò)key.equals(k)方法來(lái)判斷是否是要找的那個(gè)entry罐孝。

HashMap_getEntry

//getEntry()方法
final Entry<K,V> getEntry(Object key) {
    ......
    int hash = (key == null) ? 0 : hash(key);
    for (Entry<K,V> e = table[hash&(table.length-1)];//得到?jīng)_突鏈表
         e != null; e = e.next) {//依次遍歷沖突鏈表中的每個(gè)entry
        Object k;
        //依據(jù)equals()方法判斷是否相等
        if (e.hash == hash &&
            ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
            return e;
    }
    return null;
}

put()

put(K key, V value)方法是將指定的key, value對(duì)添加到map里改艇。該方法首先會(huì)對(duì)map做一次查找，看是否包含該元組坟岔，如果已經(jīng)包含則直接返回谒兄，查找過(guò)程類似于getEntry()方法；如果沒(méi)有找到社付，則會(huì)通過(guò)addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex)方法插入新的entry承疲，插入方式為頭插法。

HashMap_addEntry

//addEntry()
void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
    if ((size >= threshold) && (null != table[bucketIndex])) {
        resize(2 * table.length);//自動(dòng)擴(kuò)容鸥咖，并重新哈希
        hash = (null != key) ? hash(key) : 0;
        bucketIndex = hash & (table.length-1);//hash%table.length
    }
    //在沖突鏈表頭部插入新的entry
    Entry<K,V> e = table[bucketIndex];
    table[bucketIndex] = new Entry<>(hash, key, value, e);
    size++;
}

remove()

remove(Object key)的作用是刪除key值對(duì)應(yīng)的entry燕鸽，該方法的具體邏輯是在removeEntryForKey(Object key)里實(shí)現(xiàn)的。removeEntryForKey()方法會(huì)首先找到key值對(duì)應(yīng)的entry啼辣，然后刪除該entry（修改鏈表的相應(yīng)引用）啊研。查找過(guò)程跟getEntry()過(guò)程類似。

HashMap_removeEntryForKey

//removeEntryForKey()
final Entry<K,V> removeEntryForKey(Object key) {
    ......
    int hash = (key == null) ? 0 : hash(key);
    int i = indexFor(hash, table.length);//hash&(table.length-1)
    Entry<K,V> prev = table[i];//得到?jīng)_突鏈表
    Entry<K,V> e = prev;
    while (e != null) {//遍歷沖突鏈表
        Entry<K,V> next = e.next;
        Object k;
        if (e.hash == hash &&
            ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) {//找到要?jiǎng)h除的entry
            modCount++; size--;
            if (prev == e) table[i] = next;//刪除的是沖突鏈表的第一個(gè)entry
            else prev.next = next;
            return e;
        }
        prev = e; e = next;
    }
    return e;
}

HashSet

前面已經(jīng)說(shuō)過(guò)HashSet是對(duì)HashMap的簡(jiǎn)單包裝鸥拧，對(duì)HashSet的函數(shù)調(diào)用都會(huì)轉(zhuǎn)換成合適的HashMap方法党远，因此HashSet的實(shí)現(xiàn)非常簡(jiǎn)單，只有不到300行代碼住涉。這里不再贅述麸锉。

//HashSet是對(duì)HashMap的簡(jiǎn)單包裝
public class HashSet<E>
{
    ......
    private transient HashMap<E,Object> map;//HashSet里面有一個(gè)HashMap
    // Dummy value to associate with an Object in the backing Map
    private static final Object PRESENT = new Object();
    public HashSet() {
        map = new HashMap<>();
    }
    ......
    public boolean add(E e) {//簡(jiǎn)單的方法轉(zhuǎn)換
        return map.put(e, PRESENT)==null;
    }
    ......
}