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java集合----HashMap源码剖析

 
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HashMap简介

HashMap是基于哈希表实现的,每一个元素是一个key-value对,其内部通过单链表解决冲突问题,容量不足(超过了阀值)时,同样会自动增长。

HashMap是非线程安全的,只是用于单线程环境下,多线程环境下可以采用concurrent并发包下的concurrentHashMap。

HashMap 实现了Serializable接口,因此它支持序列化,实现了Cloneable接口,能被克隆。

HashMap源码剖析

HashMap的源码如下(加入了比较详细的注释):

[java] view plain copy

  1. package java.util;

  2. import java.io.*;

  3. public class HashMap<K,V>

  4. extends AbstractMap<K,V>

  5. implements Map<K,V>, Cloneable, Serializable

  6. {

  7. // 默认的初始容量(容量为HashMap中槽的数目)是16,且实际容量必须是2的整数次幂。

  8. static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 16;

  9. // 最大容量(必须是2的幂且小于2的30次方,传入容量过大将被这个值替换)

  10. static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;

  11. // 默认加载因子为0.75

  12. static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;

  13. // 存储数据的Entry数组,长度是2的幂。

  14. // HashMap采用链表法解决冲突,每一个Entry本质上是一个单向链表

  15. transient Entry[] table;

  16. // HashMap的底层数组中已用槽的数量

  17. transient int size;

  18. // HashMap的阈值,用于判断是否需要调整HashMap的容量(threshold = 容量*加载因子)

  19. int threshold;

  20. // 加载因子实际大小

  21. final float loadFactor;

  22. // HashMap被改变的次数

  23. transient volatile int modCount;

  24. // 指定“容量大小”和“加载因子”的构造函数

  25. public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {

  26. if (initialCapacity < 0)

  27. throw new IllegalArgumentException("Illegal initial capacity: " +

  28. initialCapacity);

  29. // HashMap的最大容量只能是MAXIMUM_CAPACITY

  30. if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY)

  31. initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY;

  32. //加载因此不能小于0

  33. if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor))

  34. throw new IllegalArgumentException("Illegal load factor: " +

  35. loadFactor);

  36. // 找出“大于initialCapacity”的最小的2的幂

  37. int capacity = 1;

  38. while (capacity < initialCapacity)

  39. capacity <<= 1;

  40. // 设置“加载因子”

  41. this.loadFactor = loadFactor;

  42. // 设置“HashMap阈值”,当HashMap中存储数据的数量达到threshold时,就需要将HashMap的容量加倍。

  43. threshold = (int)(capacity * loadFactor);

  44. // 创建Entry数组,用来保存数据

  45. table = new Entry[capacity];

  46. init();

  47. }

  48. // 指定“容量大小”的构造函数

  49. public HashMap(int initialCapacity) {

  50. this(initialCapacity, DEFAULT_LOAD_FACTOR);

  51. }

  52. // 默认构造函数。

  53. public HashMap() {

  54. // 设置“加载因子”为默认加载因子0.75

  55. this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR;

  56. // 设置“HashMap阈值”,当HashMap中存储数据的数量达到threshold时,就需要将HashMap的容量加倍。

  57. threshold = (int)(DEFAULT_INITIAL_CAPACITY * DEFAULT_LOAD_FACTOR);

  58. // 创建Entry数组,用来保存数据

  59. table = new Entry[DEFAULT_INITIAL_CAPACITY];

  60. init();

  61. }

  62. // 包含“子Map”的构造函数

  63. public HashMap(Map<? extends K, ? extends V> m) {

  64. this(Math.max((int) (m.size() / DEFAULT_LOAD_FACTOR) + 1,

  65. DEFAULT_INITIAL_CAPACITY), DEFAULT_LOAD_FACTOR);

  66. // 将m中的全部元素逐个添加到HashMap中

  67. putAllForCreate(m);

  68. }

  69. //求hash值的方法,重新计算hash值

  70. static int hash(int h) {

  71. h ^= (h >>> 20) ^ (h >>> 12);

  72. return h ^ (h >>> 7) ^ (h >>> 4);

  73. }

  74. // 返回h在数组中的索引值,这里用&代替取模,旨在提升效率

  75. // h & (length-1)保证返回值的小于length

  76. static int indexFor(int h, int length) {

  77. return h & (length-1);

  78. }

  79. public int size() {

  80. return size;

  81. }

  82. public boolean isEmpty() {

  83. return size == 0;

  84. }

  85. // 获取key对应的value

  86. public V get(Object key) {

  87. if (key == null)

  88. return getForNullKey();

  89. // 获取key的hash值

  90. int hash = hash(key.hashCode());

  91. // 在“该hash值对应的链表”上查找“键值等于key”的元素

  92. for (Entry<K,V> e = table[indexFor(hash, table.length)];

  93. e != null;

  94. e = e.next) {

  95. Object k;

  96. //判断key是否相同

  97. if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k)))

  98. return e.value;

  99. }

  100. //没找到则返回null

  101. return null;

  102. }

  103. // 获取“key为null”的元素的值

  104. // HashMap将“key为null”的元素存储在table[0]位置,但不一定是该链表的第一个位置!

  105. private V getForNullKey() {

  106. for (Entry<K,V> e = table[0]; e != null; e = e.next) {

  107. if (e.key == null)

  108. return e.value;

  109. }

  110. return null;

  111. }

  112. // HashMap是否包含key

  113. public boolean containsKey(Object key) {

  114. return getEntry(key) != null;

  115. }

  116. // 返回“键为key”的键值对

  117. final Entry<K,V> getEntry(Object key) {

  118. // 获取哈希值

  119. // HashMap将“key为null”的元素存储在table[0]位置,“key不为null”的则调用hash()计算哈希值

  120. int hash = (key == null) ? 0 : hash(key.hashCode());

  121. // 在“该hash值对应的链表”上查找“键值等于key”的元素

  122. for (Entry<K,V> e = table[indexFor(hash, table.length)];

  123. e != null;

  124. e = e.next) {

  125. Object k;

  126. if (e.hash == hash &&

  127. ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))

  128. return e;

  129. }

  130. return null;

  131. }

  132. // 将“key-value”添加到HashMap中

  133. public V put(K key, V value) {

  134. // 若“key为null”,则将该键值对添加到table[0]中。

  135. if (key == null)

  136. return putForNullKey(value);

  137. // 若“key不为null”,则计算该key的哈希值,然后将其添加到该哈希值对应的链表中。

  138. int hash = hash(key.hashCode());

  139. int i = indexFor(hash, table.length);

  140. for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) {

  141. Object k;

  142. // 若“该key”对应的键值对已经存在,则用新的value取代旧的value。然后退出!

  143. if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {

  144. V oldValue = e.value;

  145. e.value = value;

  146. e.recordAccess(this);

  147. return oldValue;

  148. }

  149. }

  150. // 若“该key”对应的键值对不存在,则将“key-value”添加到table中

  151. modCount++;

  152. //将key-value添加到table[i]处

  153. addEntry(hash, key, value, i);

  154. return null;

  155. }

  156. // putForNullKey()的作用是将“key为null”键值对添加到table[0]位置

  157. private V putForNullKey(V value) {

  158. for (Entry<K,V> e = table[0]; e != null; e = e.next) {

  159. if (e.key == null) {

  160. V oldValue = e.value;

  161. e.value = value;

  162. e.recordAccess(this);

  163. return oldValue;

  164. }

  165. }

  166. // 如果没有存在key为null的键值对,则直接题阿见到table[0]处!

  167. modCount++;

  168. addEntry(0, null, value, 0);

  169. return null;

  170. }

  171. // 创建HashMap对应的“添加方法”,

  172. // 它和put()不同。putForCreate()是内部方法,它被构造函数等调用,用来创建HashMap

  173. // 而put()是对外提供的往HashMap中添加元素的方法。

  174. private void putForCreate(K key, V value) {

  175. int hash = (key == null) ? 0 : hash(key.hashCode());

  176. int i = indexFor(hash, table.length);

  177. // 若该HashMap表中存在“键值等于key”的元素,则替换该元素的value值

  178. for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) {

  179. Object k;

  180. if (e.hash == hash &&

  181. ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) {

  182. e.value = value;

  183. return;

  184. }

  185. }

  186. // 若该HashMap表中不存在“键值等于key”的元素,则将该key-value添加到HashMap中

  187. createEntry(hash, key, value, i);

  188. }

  189. // 将“m”中的全部元素都添加到HashMap中。

  190. // 该方法被内部的构造HashMap的方法所调用。

  191. private void putAllForCreate(Map<? extends K, ? extends V> m) {

  192. // 利用迭代器将元素逐个添加到HashMap中

  193. for (Iterator<? extends Map.Entry<? extends K, ? extends V>> i = m.entrySet().iterator(); i.hasNext(); ) {

  194. Map.Entry<? extends K, ? extends V> e = i.next();

  195. putForCreate(e.getKey(), e.getValue());

  196. }

  197. }

  198. // 重新调整HashMap的大小,newCapacity是调整后的容量

  199. void resize(int newCapacity) {

  200. Entry[] oldTable = table;

  201. int oldCapacity = oldTable.length;

  202. //如果就容量已经达到了最大值,则不能再扩容,直接返回

  203. if (oldCapacity == MAXIMUM_CAPACITY) {

  204. threshold = Integer.MAX_VALUE;

  205. return;

  206. }

  207. // 新建一个HashMap,将“旧HashMap”的全部元素添加到“新HashMap”中,

  208. // 然后,将“新HashMap”赋值给“旧HashMap”。

  209. Entry[] newTable = new Entry[newCapacity];

  210. transfer(newTable);

  211. table = newTable;

  212. threshold = (int)(newCapacity * loadFactor);

  213. }

  214. // 将HashMap中的全部元素都添加到newTable中

  215. void transfer(Entry[] newTable) {

  216. Entry[] src = table;

  217. int newCapacity = newTable.length;

  218. for (int j = 0; j < src.length; j++) {

  219. Entry<K,V> e = src[j];

  220. if (e != null) {

  221. src[j] = null;

  222. do {

  223. Entry<K,V> next = e.next;

  224. int i = indexFor(e.hash, newCapacity);

  225. e.next = newTable[i];

  226. newTable[i] = e;

  227. e = next;

  228. } while (e != null);

  229. }

  230. }

  231. }

  232. // 将"m"的全部元素都添加到HashMap中

  233. public void putAll(Map<? extends K, ? extends V> m) {

  234. // 有效性判断

  235. int numKeysToBeAdded = m.size();

  236. if (numKeysToBeAdded == 0)

  237. return;

  238. // 计算容量是否足够,

  239. // 若“当前阀值容量 < 需要的容量”,则将容量x2。

  240. if (numKeysToBeAdded > threshold) {

  241. int targetCapacity = (int)(numKeysToBeAdded / loadFactor + 1);

  242. if (targetCapacity > MAXIMUM_CAPACITY)

  243. targetCapacity = MAXIMUM_CAPACITY;

  244. int newCapacity = table.length;

  245. while (newCapacity < targetCapacity)

  246. newCapacity <<= 1;

  247. if (newCapacity > table.length)

  248. resize(newCapacity);

  249. }

  250. // 通过迭代器,将“m”中的元素逐个添加到HashMap中。

  251. for (Iterator<? extends Map.Entry<? extends K, ? extends V>> i = m.entrySet().iterator(); i.hasNext(); ) {

  252. Map.Entry<? extends K, ? extends V> e = i.next();

  253. put(e.getKey(), e.getValue());

  254. }

  255. }

  256. // 删除“键为key”元素

  257. public V remove(Object key) {

  258. Entry<K,V> e = removeEntryForKey(key);

  259. return (e == null ? null : e.value);

  260. }

  261. // 删除“键为key”的元素

  262. final Entry<K,V> removeEntryForKey(Object key) {

  263. // 获取哈希值。若key为null,则哈希值为0;否则调用hash()进行计算

  264. int hash = (key == null) ? 0 : hash(key.hashCode());

  265. int i = indexFor(hash, table.length);

  266. Entry<K,V> prev = table[i];

  267. Entry<K,V> e = prev;

  268. // 删除链表中“键为key”的元素

  269. // 本质是“删除单向链表中的节点”

  270. while (e != null) {

  271. Entry<K,V> next = e.next;

  272. Object k;

  273. if (e.hash == hash &&

  274. ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) {

  275. modCount++;

  276. size--;

  277. if (prev == e)

  278. table[i] = next;

  279. else

  280. prev.next = next;

  281. e.recordRemoval(this);

  282. return e;

  283. }

  284. prev = e;

  285. e = next;

  286. }

  287. return e;

  288. }

  289. // 删除“键值对”

  290. final Entry<K,V> removeMapping(Object o) {

  291. if (!(o instanceof Map.Entry))

  292. return null;

  293. Map.Entry<K,V> entry = (Map.Entry<K,V>) o;

  294. Object key = entry.getKey();

  295. int hash = (key == null) ? 0 : hash(key.hashCode());

  296. int i = indexFor(hash, table.length);

  297. Entry<K,V> prev = table[i];

  298. Entry<K,V> e = prev;

  299. // 删除链表中的“键值对e”

  300. // 本质是“删除单向链表中的节点”

  301. while (e != null) {

  302. Entry<K,V> next = e.next;

  303. if (e.hash == hash && e.equals(entry)) {

  304. modCount++;

  305. size--;

  306. if (prev == e)

  307. table[i] = next;

  308. else

  309. prev.next = next;

  310. e.recordRemoval(this);

  311. return e;

  312. }

  313. prev = e;

  314. e = next;

  315. }

  316. return e;

  317. }

  318. // 清空HashMap,将所有的元素设为null

  319. public void clear() {

  320. modCount++;

  321. Entry[] tab = table;

  322. for (int i = 0; i < tab.length; i++)

  323. tab[i] = null;

  324. size = 0;

  325. }

  326. // 是否包含“值为value”的元素

  327. public boolean containsValue(Object value) {

  328. // 若“value为null”,则调用containsNullValue()查找

  329. if (value == null)

  330. return containsNullValue();

  331. // 若“value不为null”,则查找HashMap中是否有值为value的节点。

  332. Entry[] tab = table;

  333. for (int i = 0; i < tab.length ; i++)

  334. for (Entry e = tab[i] ; e != null ; e = e.next)

  335. if (value.equals(e.value))

  336. return true;

  337. return false;

  338. }

  339. // 是否包含null值

  340. private boolean containsNullValue() {

  341. Entry[] tab = table;

  342. for (int i = 0; i < tab.length ; i++)

  343. for (Entry e = tab[i] ; e != null ; e = e.next)

  344. if (e.value == null)

  345. return true;

  346. return false;

  347. }

  348. // 克隆一个HashMap,并返回Object对象

  349. public Object clone() {

  350. HashMap<K,V> result = null;

  351. try {

  352. result = (HashMap<K,V>)super.clone();

  353. } catch (CloneNotSupportedException e) {

  354. // assert false;

  355. }

  356. result.table = new Entry[table.length];

  357. result.entrySet = null;

  358. result.modCount = 0;

  359. result.size = 0;

  360. result.init();

  361. // 调用putAllForCreate()将全部元素添加到HashMap中

  362. result.putAllForCreate(this);

  363. return result;

  364. }

  365. // Entry是单向链表。

  366. // 它是 “HashMap链式存储法”对应的链表。

  367. // 它实现了Map.Entry 接口,即实现getKey(), getValue(), setValue(V value), equals(Object o), hashCode()这些函数

  368. static class Entry<K,V> implements Map.Entry<K,V> {

  369. final K key;

  370. V value;

  371. // 指向下一个节点

  372. Entry<K,V> next;

  373. final int hash;

  374. // 构造函数。

  375. // 输入参数包括"哈希值(h)", "键(k)", "值(v)", "下一节点(n)"

  376. Entry(int h, K k, V v, Entry<K,V> n) {

  377. value = v;

  378. next = n;

  379. key = k;

  380. hash = h;

  381. }

  382. public final K getKey() {

  383. return key;

  384. }

  385. public final V getValue() {

  386. return value;

  387. }

  388. public final V setValue(V newValue) {

  389. V oldValue = value;

  390. value = newValue;

  391. return oldValue;

  392. }

  393. // 判断两个Entry是否相等

  394. // 若两个Entry的“key”和“value”都相等,则返回true。

  395. // 否则,返回false

  396. public final boolean equals(Object o) {

  397. if (!(o instanceof Map.Entry))

  398. return false;

  399. Map.Entry e = (Map.Entry)o;

  400. Object k1 = getKey();

  401. Object k2 = e.getKey();

  402. if (k1 == k2 || (k1 != null && k1.equals(k2))) {

  403. Object v1 = getValue();

  404. Object v2 = e.getValue();

  405. if (v1 == v2 || (v1 != null && v1.equals(v2)))

  406. return true;

  407. }

  408. return false;

  409. }

  410. // 实现hashCode()

  411. public final int hashCode() {

  412. return (key==null ? 0 : key.hashCode()) ^

  413. (value==null ? 0 : value.hashCode());

  414. }

  415. public final String toString() {

  416. return getKey() + "=" + getValue();

  417. }

  418. // 当向HashMap中添加元素时,绘调用recordAccess()。

  419. // 这里不做任何处理

  420. void recordAccess(HashMap<K,V> m) {

  421. }

  422. // 当从HashMap中删除元素时,绘调用recordRemoval()。

  423. // 这里不做任何处理

  424. void recordRemoval(HashMap<K,V> m) {

  425. }

  426. }

  427. // 新增Entry。将“key-value”插入指定位置,bucketIndex是位置索引。

  428. void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {

  429. // 保存“bucketIndex”位置的值到“e”中

  430. Entry<K,V> e = table[bucketIndex];

  431. // 设置“bucketIndex”位置的元素为“新Entry”,

  432. // 设置“e”为“新Entry的下一个节点”

  433. table[bucketIndex] = new Entry<K,V>(hash, key, value, e);

  434. // 若HashMap的实际大小 不小于 “阈值”,则调整HashMap的大小

  435. if (size++ >= threshold)

  436. resize(2 * table.length);

  437. }

  438. // 创建Entry。将“key-value”插入指定位置。

  439. void createEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {

  440. // 保存“bucketIndex”位置的值到“e”中

  441. Entry<K,V> e = table[bucketIndex];

  442. // 设置“bucketIndex”位置的元素为“新Entry”,

  443. // 设置“e”为“新Entry的下一个节点”

  444. table[bucketIndex] = new Entry<K,V>(hash, key, value, e);

  445. size++;

  446. }

  447. // HashIterator是HashMap迭代器的抽象出来的父类,实现了公共了函数。

  448. // 它包含“key迭代器(KeyIterator)”、“Value迭代器(ValueIterator)”和“Entry迭代器(EntryIterator)”3个子类。

  449. private abstract class HashIterator<E> implements Iterator<E> {

  450. // 下一个元素

  451. Entry<K,V> next;

  452. // expectedModCount用于实现fast-fail机制。

  453. int expectedModCount;

  454. // 当前索引

  455. int index;

  456. // 当前元素

  457. Entry<K,V> current;

  458. HashIterator() {

  459. expectedModCount = modCount;

  460. if (size > 0) { // advance to first entry

  461. Entry[] t = table;

  462. // 将next指向table中第一个不为null的元素。

  463. // 这里利用了index的初始值为0,从0开始依次向后遍历,直到找到不为null的元素就退出循环。

  464. while (index < t.length && (next = t[index++]) == null)

  465. ;

  466. }

  467. }

  468. public final boolean hasNext() {

  469. return next != null;

  470. }

  471. // 获取下一个元素

  472. final Entry<K,V> nextEntry() {

  473. if (modCount != expectedModCount)

  474. throw new ConcurrentModificationException();

  475. Entry<K,V> e = next;

  476. if (e == null)

  477. throw new NoSuchElementException();

  478. // 注意!!!

  479. // 一个Entry就是一个单向链表

  480. // 若该Entry的下一个节点不为空,就将next指向下一个节点;

  481. // 否则,将next指向下一个链表(也是下一个Entry)的不为null的节点。

  482. if ((next = e.next) == null) {

  483. Entry[] t = table;

  484. while (index < t.length && (next = t[index++]) == null)

  485. ;

  486. }

  487. current = e;

  488. return e;

  489. }

  490. // 删除当前元素

  491. public void remove() {

  492. if (current == null)

  493. throw new IllegalStateException();

  494. if (modCount != expectedModCount)

  495. throw new ConcurrentModificationException();

  496. Object k = current.key;

  497. current = null;

  498. HashMap.this.removeEntryForKey(k);

  499. expectedModCount = modCount;

  500. }

  501. }

  502. // value的迭代器

  503. private final class ValueIterator extends HashIterator<V> {

  504. public V next() {

  505. return nextEntry().value;

  506. }

  507. }

  508. // key的迭代器

  509. private final class KeyIterator extends HashIterator<K> {

  510. public K next() {

  511. return nextEntry().getKey();

  512. }

  513. }

  514. // Entry的迭代器

  515. private final class EntryIterator extends HashIterator<Map.Entry<K,V>> {

  516. public Map.Entry<K,V> next() {

  517. return nextEntry();

  518. }

  519. }

  520. // 返回一个“key迭代器”

  521. Iterator<K> newKeyIterator() {

  522. return new KeyIterator();

  523. }

  524. // 返回一个“value迭代器”

  525. Iterator<V> newValueIterator() {

  526. return new ValueIterator();

  527. }

  528. // 返回一个“entry迭代器”

  529. Iterator<Map.Entry<K,V>> newEntryIterator() {

  530. return new EntryIterator();

  531. }

  532. // HashMap的Entry对应的集合

  533. private transient Set<Map.Entry<K,V>> entrySet = null;

  534. // 返回“key的集合”,实际上返回一个“KeySet对象”

  535. public Set<K> keySet() {

  536. Set<K> ks = keySet;

  537. return (ks != null ? ks : (keySet = new KeySet()));

  538. }

  539. // Key对应的集合

  540. // KeySet继承于AbstractSet,说明该集合中没有重复的Key。

  541. private final class KeySet extends AbstractSet<K> {

  542. public Iterator<K> iterator() {

  543. return newKeyIterator();

  544. }

  545. public int size() {

  546. return size;

  547. }

  548. public boolean contains(Object o) {

  549. return containsKey(o);

  550. }

  551. public boolean remove(Object o) {

  552. return HashMap.this.removeEntryForKey(o) != null;

  553. }

  554. public void clear() {

  555. HashMap.this.clear();

  556. }

  557. }

  558. // 返回“value集合”,实际上返回的是一个Values对象

  559. public Collection<V> values() {

  560. Collection<V> vs = values;

  561. return (vs != null ? vs : (values = new Values()));

  562. }

  563. // “value集合”

  564. // Values继承于AbstractCollection,不同于“KeySet继承于AbstractSet”,

  565. // Values中的元素能够重复。因为不同的key可以指向相同的value。

  566. private final class Values extends AbstractCollection<V> {

  567. public Iterator<V> iterator() {

  568. return newValueIterator();

  569. }

  570. public int size() {

  571. return size;

  572. }

  573. public boolean contains(Object o) {

  574. return containsValue(o);

  575. }

  576. public void clear() {

  577. HashMap.this.clear();

  578. }

  579. }

  580. // 返回“HashMap的Entry集合”

  581. public Set<Map.Entry<K,V>> entrySet() {

  582. return entrySet0();

  583. }

  584. // 返回“HashMap的Entry集合”,它实际是返回一个EntrySet对象

  585. private Set<Map.Entry<K,V>> entrySet0() {

  586. Set<Map.Entry<K,V>> es = entrySet;

  587. return es != null ? es : (entrySet = new EntrySet());

  588. }

  589. // EntrySet对应的集合

  590. // EntrySet继承于AbstractSet,说明该集合中没有重复的EntrySet。

  591. private final class EntrySet extends AbstractSet<Map.Entry<K,V>> {

  592. public Iterator<Map.Entry<K,V>> iterator() {

  593. return newEntryIterator();

  594. }

  595. public boolean contains(Object o) {

  596. if (!(o instanceof Map.Entry))

  597. return false;

  598. Map.Entry<K,V> e = (Map.Entry<K,V>) o;

  599. Entry<K,V> candidate = getEntry(e.getKey());

  600. return candidate != null && candidate.equals(e);

  601. }

  602. public boolean remove(Object o) {

  603. return removeMapping(o) != null;

  604. }

  605. public int size() {

  606. return size;

  607. }

  608. public void clear() {

  609. HashMap.this.clear();

  610. }

  611. }

  612. // java.io.Serializable的写入函数

  613. // 将HashMap的“总的容量,实际容量,所有的Entry”都写入到输出流中

  614. private void writeObject(java.io.ObjectOutputStream s)

  615. throws IOException

  616. {

  617. Iterator<Map.Entry<K,V>> i =

  618. (size > 0) ? entrySet0().iterator() : null;

  619. // Write out the threshold, loadfactor, and any hidden stuff

  620. s.defaultWriteObject();

  621. // Write out number of buckets

  622. s.writeInt(table.length);

  623. // Write out size (number of Mappings)

  624. s.writeInt(size);

  625. // Write out keys and values (alternating)

  626. if (i != null) {

  627. while (i.hasNext()) {

  628. Map.Entry<K,V> e = i.next();

  629. s.writeObject(e.getKey());

  630. s.writeObject(e.getValue());

  631. }

  632. }

  633. }

  634. private static final long serialVersionUID = 362498820763181265L;

  635. // java.io.Serializable的读取函数:根据写入方式读出

  636. // 将HashMap的“总的容量,实际容量,所有的Entry”依次读出

  637. private void readObject(java.io.ObjectInputStream s)

  638. throws IOException, ClassNotFoundException

  639. {

  640. // Read in the threshold, loadfactor, and any hidden stuff

  641. s.defaultReadObject();

  642. // Read in number of buckets and allocate the bucket array;

  643. int numBuckets = s.readInt();

  644. table = new Entry[numBuckets];

  645. init(); // Give subclass a chance to do its thing.

  646. // Read in size (number of Mappings)

  647. int size = s.readInt();

  648. // Read the keys and values, and put the mappings in the HashMap

  649. for (int i=0; i<size; i++) {

  650. K key = (K) s.readObject();

  651. V value = (V) s.readObject();

  652. putForCreate(key, value);

  653. }

  654. }

  655. // 返回“HashMap总的容量”

  656. int capacity() { return table.length; }

  657. // 返回“HashMap的加载因子”

  658. float loadFactor() { return loadFactor; }

  659. }

几点总结

1、首先要清楚HashMap的存储结构,如下图所示:

图中,紫色部分即代表哈希表,也称为哈希数组,数组的每个元素都是一个单链表的头节点,链表是用来解决冲突的,如果不同的key映射到了数组的同一位置处,就将其放入单链表中。

2、首先看链表中节点的数据结构:

[java] view plain copy

  1. // Entry是单向链表。

  2. // 它是 “HashMap链式存储法”对应的链表。

  3. // 它实现了Map.Entry 接口,即实现getKey(), getValue(), setValue(V value), equals(Object o), hashCode()这些函数

  4. static class Entry<K,V> implements Map.Entry<K,V> {

  5. final K key;

  6. V value;

  7. // 指向下一个节点

  8. Entry<K,V> next;

  9. final int hash;

  10. // 构造函数。

  11. // 输入参数包括"哈希值(h)", "键(k)", "值(v)", "下一节点(n)"

  12. Entry(int h, K k, V v, Entry<K,V> n) {

  13. value = v;

  14. next = n;

  15. key = k;

  16. hash = h;

  17. }

  18. public final K getKey() {

  19. return key;

  20. }

  21. public final V getValue() {

  22. return value;

  23. }

  24. public final V setValue(V newValue) {

  25. V oldValue = value;

  26. value = newValue;

  27. return oldValue;

  28. }

  29. // 判断两个Entry是否相等

  30. // 若两个Entry的“key”和“value”都相等,则返回true。

  31. // 否则,返回false

  32. public final boolean equals(Object o) {

  33. if (!(o instanceof Map.Entry))

  34. return false;

  35. Map.Entry e = (Map.Entry)o;

  36. Object k1 = getKey();

  37. Object k2 = e.getKey();

  38. if (k1 == k2 || (k1 != null && k1.equals(k2))) {

  39. Object v1 = getValue();

  40. Object v2 = e.getValue();

  41. if (v1 == v2 || (v1 != null && v1.equals(v2)))

  42. return true;

  43. }

  44. return false;

  45. }

  46. // 实现hashCode()

  47. public final int hashCode() {

  48. return (key==null ? 0 : key.hashCode()) ^

  49. (value==null ? 0 : value.hashCode());

  50. }

  51. public final String toString() {

  52. return getKey() + "=" + getValue();

  53. }

  54. // 当向HashMap中添加元素时,绘调用recordAccess()。

  55. // 这里不做任何处理

  56. void recordAccess(HashMap<K,V> m) {

  57. }

  58. // 当从HashMap中删除元素时,绘调用recordRemoval()。

  59. // 这里不做任何处理

  60. void recordRemoval(HashMap<K,V> m) {

  61. }

  62. }

它的结构元素除了key、value、hash外,还有next,next指向下一个节点。另外,这里覆写了equals和hashCode方法来保证键值对的独一无二。

3、HashMap共有四个构造方法。构造方法中提到了两个很重要的参数:初始容量和加载因子。这两个参数是影响HashMap性能的重要参数,其中容量表示哈希表中槽的数量(即哈希数组的长度),初始容量是创建哈希表时的容量(从构造函数中可以看出,如果不指明,则默认为16),加载因子是哈希表在其容量自动增加之前可以达到多满的一种尺度,当哈希表中的条目数超出了加载因子与当前容量的乘积时,则要对该哈希表进行 resize 操作(即扩容)。

下面说下加载因子,如果加载因子越大,对空间的利用更充分,但是查找效率会降低(链表长度会越来越长);如果加载因子太小,那么表中的数据将过于稀疏(很多空间还没用,就开始扩容了),对空间造成严重浪费。如果我们在构造方法中不指定,则系统默认加载因子为0.75,这是一个比较理想的值,一般情况下我们是无需修改的。

另外,无论我们指定的容量为多少,构造方法都会将实际容量设为不小于指定容量的2的次方的一个数,且最大值不能超过2的30次方

4、HashMap中key和value都允许为null。

5、要重点分析下HashMap中用的最多的两个方法put和get。先从比较简单的get方法着手,源码如下:

[java] view plain copy

  1. // 获取key对应的value

  2. public V get(Object key) {

  3. if (key == null)

  4. return getForNullKey();

  5. // 获取key的hash值

  6. int hash = hash(key.hashCode());

  7. // 在“该hash值对应的链表”上查找“键值等于key”的元素

  8. for (Entry<K,V> e = table[indexFor(hash, table.length)];

  9. e != null;

  10. e = e.next) {

  11. Object k;

  12. /判断key是否相同

  13. if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k)))

  14. return e.value;

  15. }

  16. 没找到则返回null

  17. return null;

  18. }

  19. // 获取“key为null”的元素的值

  20. // HashMap将“key为null”的元素存储在table[0]位置,但不一定是该链表的第一个位置!

  21. private V getForNullKey() {

  22. for (Entry<K,V> e = table[0]; e != null; e = e.next) {

  23. if (e.key == null)

  24. return e.value;

  25. }

  26. return null;

  27. }

首先,如果key为null,则直接从哈希表的第一个位置table[0]对应的链表上查找。记住,key为null的键值对永远都放在以table[0]为头结点的链表中,当然不一定是存放在头结点table[0]中。

如果key不为null,则先求的key的hash值,根据hash值找到在table中的索引,在该索引对应的单链表中查找是否有键值对的key与目标key相等,有就返回对应的value,没有则返回null。

put方法稍微复杂些,代码如下:

[java] view plain copy

  1. // 将“key-value”添加到HashMap中

  2. public V put(K key, V value) {

  3. // 若“key为null”,则将该键值对添加到table[0]中。

  4. if (key == null)

  5. return putForNullKey(value);

  6. // 若“key不为null”,则计算该key的哈希值,然后将其添加到该哈希值对应的链表中。

  7. int hash = hash(key.hashCode());

  8. int i = indexFor(hash, table.length);

  9. for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) {

  10. Object k;

  11. // 若“该key”对应的键值对已经存在,则用新的value取代旧的value。然后退出!

  12. if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {

  13. V oldValue = e.value;

  14. e.value = value;

  15. e.recordAccess(this);

  16. return oldValue;

  17. }

  18. }

  19. // 若“该key”对应的键值对不存在,则将“key-value”添加到table中

  20. modCount++;

  21. //将key-value添加到table[i]处

  22. addEntry(hash, key, value, i);

  23. return null;

  24. }

如果key为null,则将其添加到table[0]对应的链表中,putForNullKey的源码如下:

[java] view plain copy

  1. // putForNullKey()的作用是将“key为null”键值对添加到table[0]位置

  2. private V putForNullKey(V value) {

  3. for (Entry<K,V> e = table[0]; e != null; e = e.next) {

  4. if (e.key == null) {

  5. V oldValue = e.value;

  6. e.value = value;

  7. e.recordAccess(this);

  8. return oldValue;

  9. }

  10. }

  11. // 如果没有存在key为null的键值对,则直接题阿见到table[0]处!

  12. modCount++;

  13. addEntry(0, null, value, 0);

  14. return null;

  15. }

如果key不为null,则同样先求出key的hash值,根据hash值得出在table中的索引,而后遍历对应的单链表,如果单链表中存在与目标key相等的键值对,则将新的value覆盖旧的value,比将旧的value返回,如果找不到与目标key相等的键值对,或者该单链表为空,则将该键值对插入到改单链表的头结点位置(每次新插入的节点都是放在头结点的位置),该操作是有addEntry方法实现的,它的源码如下:

[java] view plain copy

  1. // 新增Entry。将“key-value”插入指定位置,bucketIndex是位置索引。

  2. void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {

  3. // 保存“bucketIndex”位置的值到“e”中

  4. Entry<K,V> e = table[bucketIndex];

  5. // 设置“bucketIndex”位置的元素为“新Entry”,

  6. // 设置“e”为“新Entry的下一个节点”

  7. table[bucketIndex] = new Entry<K,V>(hash, key, value, e);

  8. // 若HashMap的实际大小 不小于 “阈值”,则调整HashMap的大小

  9. if (size++ >= threshold)

  10. resize(2 * table.length);

  11. }

注意这里倒数第三行的构造方法,将key-value键值对赋给table[bucketIndex],并将其next指向元素e,这便将key-value放到了头结点中,并将之前的头结点接在了它的后面。该方法也说明,每次put键值对的时候,总是将新的该键值对放在table[bucketIndex]处(即头结点处)。

两外注意最后两行代码,每次加入键值对时,都要判断当前已用的槽的数目是否大于等于阀值(容量*加载因子),如果大于等于,则进行扩容,将容量扩为原来容量的2倍。

6、关于扩容。上面我们看到了扩容的方法,resize方法,它的源码如下:

[java] view plain copy

  1. // 重新调整HashMap的大小,newCapacity是调整后的单位

  2. void resize(int newCapacity) {

  3. Entry[] oldTable = table;

  4. int oldCapacity = oldTable.length;

  5. if (oldCapacity == MAXIMUM_CAPACITY) {

  6. threshold = Integer.MAX_VALUE;

  7. return;

  8. }

  9. // 新建一个HashMap,将“旧HashMap”的全部元素添加到“新HashMap”中,

  10. // 然后,将“新HashMap”赋值给“旧HashMap”。

  11. Entry[] newTable = new Entry[newCapacity];

  12. transfer(newTable);

  13. table = newTable;

  14. threshold = (int)(newCapacity * loadFactor);

  15. }

很明显,是新建了一个HashMap的底层数组,而后调用transfer方法,将就HashMap的全部元素添加到新的HashMap中(要重新计算元素在新的数组中的索引位置)。transfer方法的源码如下:

[java] view plain copy

  1. // 将HashMap中的全部元素都添加到newTable中

  2. void transfer(Entry[] newTable) {

  3. Entry[] src = table;

  4. int newCapacity = newTable.length;

  5. for (int j = 0; j < src.length; j++) {

  6. Entry<K,V> e = src[j];

  7. if (e != null) {

  8. src[j] = null;

  9. do {

  10. Entry<K,V> next = e.next;

  11. int i = indexFor(e.hash, newCapacity);

  12. e.next = newTable[i];

  13. newTable[i] = e;

  14. e = next;

  15. } while (e != null);

  16. }

  17. }

  18. }

很明显,扩容是一个相当耗时的操作,因为它需要重新计算这些元素在新的数组中的位置并进行复制处理。因此,我们在用HashMap的时,最好能提前预估下HashMap中元素的个数,这样有助于提高HashMap的性能。

7、注意containsKey方法和containsValue方法。前者直接可以通过key的哈希值将搜索范围定位到指定索引对应的链表,而后者要对哈希数组的每个链表进行搜索。

8、我们重点来分析下求hash值和索引值的方法,这两个方法便是HashMap设计的最为核心的部分,二者结合能保证哈希表中的元素尽可能均匀地散列。

计算哈希值的方法如下:

[java] view plain copy

  1. static int hash(int h) {

  2. h ^= (h >>> 20) ^ (h >>> 12);

  3. return h ^ (h >>> 7) ^ (h >>> 4);

  4. }

它只是一个数学公式,IDK这样设计对hash值的计算,自然有它的好处,至于为什么这样设计,我们这里不去追究,只要明白一点,用的位的操作使hash值的计算效率很高。

由hash值找到对应索引的方法如下:

[java] view plain copy

  1. static int indexFor(int h, int length) {

  2. return h & (length-1);

  3. }

这个我们要重点说下,我们一般对哈希表的散列很自然地会想到用hash值对length取模(即除法散列法),Hashtable中也是这样实现的,这种方法基本能保证元素在哈希表中散列的比较均匀,但取模会用到除法运算,效率很低,HashMap中则通过h&(length-1)的方法来代替取模,同样实现了均匀的散列,但效率要高很多,这也是HashMap对Hashtable的一个改进。

接下来,我们分析下为什么哈希表的容量一定要是2的整数次幂。首先,length为2的整数次幂的话,h&(length-1)就相当于对length取模,这样便保证了散列的均匀,同时也提升了效率;其次,length为2的整数次幂的话,为偶数,这样length-1为奇数,奇数的最后一位是1,这样便保证了h&(length-1)的最后一位可能为0,也可能为1(这取决于h的值),即与后的结果可能为偶数,也可能为奇数,这样便可以保证散列的均匀性,而如果length为奇数的话,很明显length-1为偶数,它的最后一位是0,这样h&(length-1)的最后一位肯定为0,即只能为偶数,这样任何hash值都只会被散列到数组的偶数下标位置上,这便浪费了近一半的空间,因此,length取2的整数次幂,是为了使不同hash值发生碰撞的概率较小,这样就能使元素在哈希表中均匀地散列。

转载于:http://blog.csdn.net/ns_code/article/details/36034955,谢谢

 

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    深入理解Java中的HashMap源码,有助于我们更好地掌握这个常用数据结构的工作原理。HashMap是Java集合框架的重要组成部分,它实现了Map接口,提供了一种快速查找、插入和删除元素的方式。本文将详细解析HashMap的内部...

    最全的Java面试题、读书笔记、面试经验

    java面试 【作品名称】:最全的Java面试题、读书笔记、面试经验 【适用人群】:适用于希望学习不同技术领域的小白或进阶学习者。可作为毕设项目、课程设计... * [HashMap源码剖析](Part2/JavaSE/HashMap源码剖析.md)

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