如果我在介紹集合的時候不介紹HashMap我相信一定會有人覺得我是個奇葩驱敲。畢竟是這么這么重要的類嘛载绿。本篇開始進入Map階段过蹂，相應(yīng)地會提到HashMap,ConcurrentHashMap,TreeMap等冷尉。作為實習(xí)以及平時日常使用的出現(xiàn)頻率最高的集合工具類豁跑，他被使用的場景我已經(jīng)無須再描述了。因為其的重要性，在本篇我們將關(guān)注它的任何一個細枝末節(jié)固额。
==因為HashMap在JDK1.7和1.8的實現(xiàn)中變化比較大，所以我們先介紹1.7中的HashMap==
源碼分析
注釋導(dǎo)讀
- 允許null的key和null的value
- 不保證遍歷順序骏掀，多次遍歷順序可能不一致
- 提供常量的時間復(fù)雜度，希望在合適時候設(shè)置初始容量(不宜過大或者過小)
- 0.75的factor一般情況不希望改變
- 能避免就盡量避免rehash
- 不是線程安全柱告，如果要求線程安全可以使用Collections.synchronizedMap()
- 遍歷過程一旦改變元素就立馬拋出錯誤
類定義
public class HashMap<K,V>
extends AbstractMap<K,V>
implements Map<K,V>, Cloneable, Serializable
對于AbstractMap如果現(xiàn)在介紹的話到后面可能會忘記截驮，所以就在HashMap引用父類相關(guān)方法的時候在分別介紹。
map.JPG
Map接口的所有內(nèi)容都在上圖末荐，上層接口提供的都是一些通用的方法侧纯，重點是這個Entry類新锈。
Entry接口其實作為一個<K,V>的對出現(xiàn)甲脏，代表了這一對pair的組合,它有定義自己的getKey()和getValue()方法，同時也有自己的equals和hashCode方法的復(fù)寫妹笆。在Map類內(nèi)部對于數(shù)據(jù)的操作都要借助于Entry來進行块请，它才是Map類內(nèi)部真正核心的局部容器。
基本屬性
/**
* 初始容量拳缠，一定是2的N次方
*/
static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 16;
/**
* 最大容量
*/
static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;
/**
* 默認的因子.
*/
static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;
/**
* 承載Entry數(shù)據(jù)的核心數(shù)組
*/
transient Entry<K,V>[] table;
/**
* Map中元素的數(shù)量
*/
transient int size;
/**
* 需要進行擴容的閾值
*/
int threshold;
/**
* 實際容器的因子(不提供的話就用DEFAULT_LOAD_FACTOR)
*/
final float loadFactor;
/**
* 結(jié)構(gòu)內(nèi)容更新的次數(shù)(遍歷時候使用)
*/
transient int modCount;
/**
* 系統(tǒng)默認的擴容閾值
*/
static final int ALTERNATIVE_HASHING_THRESHOLD_DEFAULT = Integer.MAX_VALUE;
/**
* 如果這個值為true墩新，就使用另外一個hash算法來減少碰撞
*/
transient boolean useAltHashing;
/**
* 為hash算法提供一個種子
*/
transient final int hashSeed = sun.misc.Hashing.randomHashSeed(this);
/**
* 為獲得Entry提供一種方便的操作結(jié)構(gòu)
*/
private transient Set<Map.Entry<K,V>> entrySet = null;
核心內(nèi)部類
//核心靜態(tài)內(nèi)部類Entry
static class Entry<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
final K key;
V value;
//因為HashMap是采用鏈表法處理哈希沖突的，所以Entry需要有一個指向下一個節(jié)點的指針
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;
}
//final修飾主要為了防止子類覆蓋
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; //這個步驟上面一定要有instanceof判斷窟坐，否則出現(xiàn)ClassCastException
Object k1 = getKey();
Object k2 = e.getKey();
//這里值得學(xué)習(xí)的地方就是時刻保持對Null的警惕
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;
}
//hashCode的計算就是要保證key和value全部相等(要考慮null的情況)
public final int hashCode() {
return (key==null ? 0 : key.hashCode()) ^
(value==null ? 0 : value.hashCode());
}
public final String toString() {
return getKey() + "=" + getValue();
}
/**
* 在put操作調(diào)用的時候如果存在相同的key就觸發(fā)下面的操作
*/
void recordAccess(HashMap<K,V> m) {
}
/**
* 當entry被移除的時候觸發(fā)下面操作
*/
void recordRemoval(HashMap<K,V> m) {
}
}
//內(nèi)部抽象類HashIterator
private abstract class HashIterator<E> implements Iterator<E> {
Entry<K,V> next; // 下一個返回的entry
int expectedModCount; // 為了快速失敗
int index; // 當前的slot位置
Entry<K,V> current; // 當前的entry
HashIterator() {
expectedModCount = modCount;
if (size > 0) { // advance to first entry
Entry[] t = table;
//定位到第一個位置不為null的slot,我們知道HashMap內(nèi)部的容器是一個數(shù)組海渊，數(shù)組的實體為Entry，而每一個Entry又相當于LinkedList 的Node節(jié)點一樣哲鸳，
//它后面可能跟了很多Entry(鏈表法)臣疑，所以在遍歷的時候肯定需要定位到第一個不為空的slot
//圖解見下
while (index < t.length && (next = t[index++]) == null)
;
}
}
public final boolean hasNext() {
return next != null;
}
final Entry<K,V> nextEntry() {
//遍歷過程如果進行結(jié)構(gòu)改變將直接拋出錯誤
if (modCount != expectedModCount)
throw new ConcurrentModificationException();
Entry<K,V> e = next;
if (e == null)
throw new NoSuchElementException();
//如果當前節(jié)點是最后一個節(jié)點
if ((next = e.next) == null) {
Entry[] t = table;
//繼續(xù)將index定位到下一個不為null的slot
while (index < t.length && (next = t[index++]) == null)
;
}
current = e;
return e;
}
public void remove() {
if (current == null) //多次remove同一對象就報錯
throw new IllegalStateException();
if (modCount != expectedModCount)
throw new ConcurrentModificationException();
Object k = current.key;
current = null; //help GC
//這個remove操作我們后面講
HashMap.this.removeEntryForKey(k);
expectedModCount = modCount;
}
}
//這三個方法完全是基于上面的抽象類
private final class ValueIterator extends HashIterator<V> {
public V next() {
return nextEntry().value;
}
}
private final class KeyIterator extends HashIterator<K> {
public K next() {
return nextEntry().getKey();
}
}
private final class EntryIterator extends HashIterator<Map.Entry<K,V>> {
public Map.Entry<K,V> next() {
return nextEntry();
}
}
private final class KeySet extends AbstractSet<K> {
public Iterator<K> iterator() {
return newKeyIterator();//KeySet->KeyIterator->HashIterator
}
public int size() {
return size;
}
public boolean contains(Object o) {
return containsKey(o);
}
public boolean remove(Object o) {
return HashMap.this.removeEntryForKey(o) != null;
}
public void clear() {
HashMap.this.clear();
}
}
private final class Values extends AbstractCollection<V> {
public Iterator<V> iterator() {
return newValueIterator();
}
public int size() {
return size;
}
public boolean contains(Object o) {
return containsValue(o);
}
public void clear() {
HashMap.this.clear();
}
}
private final class EntrySet extends AbstractSet<Map.Entry<K,V>> {
public Iterator<Map.Entry<K,V>> iterator() {
return newEntryIterator();
}
public boolean contains(Object o) {
if (!(o instanceof Map.Entry))
return false;
Map.Entry<K,V> e = (Map.Entry<K,V>) o;
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();
}
}
無論是key還是value的單獨操作，都是依賴于Entry接口的徙菠，提供這些其他的接口就是為了方便我們單獨處理key或者value讯沈，因為我們再使用map的時候一般不會直接使用Entry
HashMap.JPG
所以通過Iterator進行遍歷的時候順序就是先遍歷slot:0里面的每一個entry，然后遍歷slot:2里面的對象然后依次進行婿奔。
構(gòu)造函數(shù)
public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {
if (initialCapacity < 0)
throw new IllegalArgumentException("Illegal initial capacity: " + initialCapacity);
if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY)
initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY;
//loadFactory要合法
if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor))
throw new IllegalArgumentException("Illegal load factor: " + loadFactor);
// 找到一個最小的2的N次冪使其大于等于 initialCapacity
// 例如: initialCapacity = 2 -> capacity = 2
// 例如: initialCapacity = 3 -> capacity = 4
// 例如: initialCapacity = 15 -> capacity = 16
int capacity = 1;
while (capacity < initialCapacity)
capacity <<= 1;
this.loadFactor = loadFactor;
threshold = (int)Math.min(capacity * loadFactor, MAXIMUM_CAPACITY + 1);
table = new Entry[capacity];
//當現(xiàn)在的容量超過了ALTERNATIVE_HASHING_THRESHOLD值后就采用不同的Hash策略
useAltHashing = sun.misc.VM.isBooted() &&
(capacity >= Holder.ALTERNATIVE_HASHING_THRESHOLD);
init(); //空方法缺狠，供子類擴展
}
public HashMap(int initialCapacity) {
this(initialCapacity, DEFAULT_LOAD_FACTOR);
}
/**
* 默認就是16,0.75f的組合
*/
public HashMap() {
this(DEFAULT_INITIAL_CAPACITY, DEFAULT_LOAD_FACTOR);
}
public HashMap(Map<? extends K, ? extends V> m) {
//m.size() / DEFAULT_LOAD_FACTOR) + 1:在不進行擴容的前提下的最小的閾值
this(Math.max((int) (m.size() / DEFAULT_LOAD_FACTOR) + 1,
DEFAULT_INITIAL_CAPACITY), DEFAULT_LOAD_FACTOR);
putAllForCreate(m); //后面統(tǒng)一看這些插入操作
}
常用方法
說道常用方法我就忍不住要先說put和get這兩個高頻出現(xiàn)的方法了。哈哈哈哈
public V put(K key, V value) {
if (key == null) //允許null的key和null的value
return putForNullKey(value);//實現(xiàn)見下
int hash = hash(key);
int i = indexFor(hash, table.length);
for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) {
Object k;
//保證hash值和key值全部相同才會進行覆蓋
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;
}
//統(tǒng)一把所有的key為Null的值放在slot:0的位置
private V putForNullKey(V value) {
for (Entry<K,V> e = table[0]; e != null; e = e.next) {
if (e.key == null) { //初始化的時候已經(jīng)初始化過table了所以不用擔心e = null導(dǎo)致NPE
V oldValue = e.value;
e.value = value;
e.recordAccess(this);//沒有實現(xiàn)萍摊，留給子類實現(xiàn)
return oldValue;
}
}
modCount++;
addEntry(0, null, value, 0);
return null;
}
//bucketIndex及我所說的slot
void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
//如果超過了閾值并且要插入的位置已經(jīng)有元素存在就擴容(我們在日常使用中應(yīng)在進行避免擴容挤茄，能指定盡量指定HashMap的初始容量)
if ((size >= threshold) && (null != table[bucketIndex])) {
resize(2 * table.length); //擴容為原來的2倍
hash = (null != key) ? hash(key) : 0;
bucketIndex = indexFor(hash, table.length); //重新定位到目標bucketIndex
}
//前面都是定位擴容操作，最后就是將節(jié)點連接到table數(shù)組中
createEntry(hash, key, value, bucketIndex);
}
//在增加Entry的時候直接進行連接
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++;
}
void resize(int newCapacity) {
Entry[] oldTable = table;
int oldCapacity = oldTable.length;
//原容量已經(jīng)最大了就不進行擴容了,但是閾值調(diào)整為Integer的最大值
if (oldCapacity == MAXIMUM_CAPACITY) {
threshold = Integer.MAX_VALUE;
return;
}
Entry[] newTable = new Entry[newCapacity];
boolean oldAltHashing = useAltHashing;
useAltHashing |= sun.misc.VM.isBooted() &&
(newCapacity >= Holder.ALTERNATIVE_HASHING_THRESHOLD);
//如果兩個值一樣rehash=false, 不一樣的話rehash=true
//rehash是否進行根據(jù)現(xiàn)階段的調(diào)整策略
boolean rehash = oldAltHashing ^ useAltHashing;
transfer(newTable, rehash); //將原來的元素移到新的table中
table = newTable;
//table都整體增長了所以閾值也要進行調(diào)整
threshold = (int)Math.min(newCapacity * loadFactor, MAXIMUM_CAPACITY + 1);
}
void transfer(Entry[] newTable, boolean rehash) {
int newCapacity = newTable.length;
for (Entry<K,V> e : table) {
while(null != e) { //在每一個slot上進行遍歷取到所有元素
Entry<K,V> next = e.next;
if (rehash) { //根據(jù)參數(shù)重新計算hash值
e.hash = null == e.key ? 0 : hash(e.key);
}//算出要進行添加的slot位置
int i = indexFor(e.hash, newCapacity);
//將新元素作為頭結(jié)點進行添加冰木，不作為尾節(jié)點添加的原因是這樣簡單穷劈，而且不用考慮空元素
e.next = newTable[i];
newTable[i] = e;
e = next;
}
}
}
//哈希散列算法(有人可能會問，Object對象都有自己的hashCode()方法了問什么還再實現(xiàn)一個，這個Hash算法是為了是元素分布更在均衡囚衔，減少碰撞挖腰。)
final int hash(Object k) {
int h = 0;
if (useAltHashing) { //加入JVM自己的實現(xiàn)
if (k instanceof String) {
return sun.misc.Hashing.stringHash32((String) k);
}
h = hashSeed;
}
h ^= k.hashCode();
//對以下具體hash算法的原理實現(xiàn)不太了解
h ^= (h >>> 20) ^ (h >>> 12);
return h ^ (h >>> 7) ^ (h >>> 4);
}
/**
* 根據(jù)Hash值取得其在table中應(yīng)該插入的位置，這里實現(xiàn)極為巧妙练湿，也解釋了為什么要求table的長度一定是2的n次方
* 初始化capacity = 16,轉(zhuǎn)換為二級制就是10000,假設(shè)目前一個元素的hash值為80猴仑，也就是1010000.
* 現(xiàn)在 16 & 80 = 0001111 & 1010000 = 0000000 = 0(十進制) 所以插入位置就是0 這種巧妙就是利用了數(shù)組長度-1后的所有二級制為全是1的特性，巧妙實現(xiàn)了取余的算法肥哎。
* 因為硬件內(nèi)部底層是支持&運算的(數(shù)字電路)辽俗，所以這樣操作效率比%高。
*/
static int indexFor(int h, int length) {
return h & (length-1);
}
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put操作相關(guān)的方法都在上面進行了介紹篡诽，下面讓我們看看另外一個高頻使用方法get吧崖飘。
public V get(Object key) {
if (key == null)
return getForNullKey(); // null key
Entry<K,V> entry = getEntry(key);
return null == entry ? null : entry.getValue();
}
private V getForNullKey() {
//在上面的介紹中我們知道null key全部放在table[0]的位置
for (Entry<K,V> e = table[0]; e != null; e = e.next) {
if (e.key == null)
return e.value;
}
return null;
}
final Entry<K,V> getEntry(Object key) {
int hash = (key == null) ? 0 : hash(key);
//第一步定位slot
for (Entry<K,V> e = table[indexFor(hash, table.length)];
e != null;
e = e.next) {
Object k;
//注意這里的判斷，hash相等是必要條件(Entry的hash已經(jīng)被復(fù)寫過杈女，我們在插入元素的使用朱浴，Entry的hash值即為其key的hash值)，key相等或者滿足equals都可以
if (e.hash == hash &&
((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
return e;
}
return null;
}
因為get方法不包括擴容等操作达椰，也不會改變現(xiàn)在的結(jié)構(gòu)翰蠢，所以比較簡單。
我們再來看看最后一個高頻方法contains
public boolean containsKey(Object key) {
return getEntry(key) != null;
}
public boolean containsValue(Object value) {
if (value == null)
return containsNullValue();
//這里沒有什么技巧啰劲，只不過我覺得tab應(yīng)該用final修飾一下會更好
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;
}
//把上面的方法最后的比較從equals換成了 == null 而已
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;
}
public V remove(Object key) {
Entry<K,V> e = removeEntryForKey(key);
return (e == null ? null : e.value);
}
final Entry<K,V> removeEntryForKey(Object key) {
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;
Object k;
if (e.hash == hash &&
((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) {
modCount++;
size--;
//如果要移除的元素是列表的第一個元素
if (prev == e)
table[i] = next;
else
prev.next = next;
e.recordRemoval(this); //需要子類實現(xiàn)
return e; //這里e仍然可能保留了指向后面元素的指針梁沧，我覺得應(yīng)該加e.next = null
}
prev = e;
e = next;
}
return e;
}
public void clear() {
modCount++; //這里可不是modCount變了很多噢
Entry[] tab = table;
for (int i = 0; i < tab.length; i++)
tab[i] = null;
size = 0;
}
//這個克隆是淺克隆(Entry還是原來的Entry，指針是一樣的)
public Object clone() {
HashMap<K,V> result = null;
try {
result = (HashMap<K,V>)super.clone();
} catch (CloneNotSupportedException e) {
// assert false;
}
result.table = new Entry[table.length];
result.entrySet = null;
result.modCount = 0;
result.size = 0;
result.init();
//上面有介紹過這個方法
result.putAllForCreate(this);
return result;
}
到這里蝇裤，JDK1.7的HashMap已經(jīng)全部都介紹完了廷支。我們從源碼中看不到任何關(guān)于同步的操作，所以多線程環(huán)境下使用的話還是需要多點注意的栓辜。下一篇我會講講JDK1.8中的HashMap恋拍，敬請期待.
