HashSet与HashMap关系之源码分析

Jason_zhu

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题目:请说出hashCode方法,equals方法，HashSet，HasMap之间的关系？
解答:策略,分析jdk的源代码:

1、HashSet底层是采用HashMap实现的。

  public HashSet() {
	map = new HashMap<E,Object>();
    }

public boolean add(E e) {
	return map.put(e, PRESENT)==null;
}

private transient HashMap<E,Object> map;是HashSet类里面定义的一个私有的成员变量。并且是transient类型的，在序列化的时候是不会序列化到文件里面去的，信息会丢失。 HashMap<E,Object>里面的key为E,是HashSet<E>里面放置的对象E(对象的引用，为了简单方便起见我说成是对象，一定要搞清楚，在集合里面放置的永远都是对象的引用，而不是对象，对象是在堆里面的，这个一定要注意),HashMap<E,Object>的value是Object类型的。

2、这个HashMap的key就是放进HashSet中对象，value是Object类型的。当我去使用一个默认的构造方法的时候，执行 public HashSet() {map = new HashMap<E,Object>();}，会将HashMap实例化，将集合能容纳的内型作为key,Object作为它的value。当我们去往HashSet里面放值的时候，这个HashMap<E,Object>里面的Object类型的value到底取什么值呢?这个时候我们就需要看HashSet的add方法，因为add方法可以往里面增加对象，通过往里面增加对象，会导致底层的HashMap增加一个key和 value。这个时候我们看一下add方法: public boolean add(E e) {return map.put(e, PRESENT)==null;},add方法接受一个E类型的参数,这个E类型就是我们在HashSet里面能容纳的类型，当我们往HashSet里面 add对象的时候，HashMap是往里面put(E,PRESET),增加E为key，PRESET为value,PRESET是这样定义的：private static final Object PRESENT = new Object();从这里我们知道PRESET是private static final Object的常量并且已经实例化好了。HashMap<E,Object>()中的key为HashSet中add的对象，不能重复，value为PRESET，这是jdk为了方便将value设为常量PRESET，因为value是可以重复的。

3、当调用HashSet的add方法时，实际上是向HashMap中增加了一行(key-value对)，该行的key就是向HashSet增加的那个对象，该行的value就是一个Object类型的常量。

接着，我们看看HashMap的源码，流程讲到map.put(e, PRESENT)==null,我们往HashSet里面add一个对象，那么HashMap就往里面put(key，value)。HashMap的put方法源码如下:

public V put(K key, V value) {
        if (key == null)
            return putForNullKey(value);
        int hash = hash(key.hashCode());
        int i = indexFor(hash, table.length);
        for (Entry<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;
    }

public V put(K key, V value) {
        if (key == null)
            return putForNullKey(value);
        int hash = hash(key.hashCode());
        int i = indexFor(hash, table.length);
        for (Entry<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,如果key == null,这个key是往HashSet里面add的那个对象，它返回一个putForNullKey(value)，它是一个方法，源码如下：

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;
    }

 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;
    }

这里面有一个Entry，我们看看它的源码:

    static class Entry<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
        final K key;
        V value;
        Entry<K,V> next;
        final 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;
        }

        public final int hashCode() {
            return (key==null   ? 0 : key.hashCode()) ^
                   (value==null ? 0 : value.hashCode());
        }

        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) {
        }
    }

static class Entry<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
        final K key;
        V value;
        Entry<K,V> next;
        final 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;
        }

        public final int hashCode() {
            return (key==null   ? 0 : key.hashCode()) ^
                   (value==null ? 0 : value.hashCode());
        }

        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) {
        }
    }

static class Entry表示它是一个静态的内部类，注意，外部类是不能用static的，对类来说，只有内部类能用static来修饰。这个Entry它实现了一个 Map.Entry<K,V>接口，我看看Map.Entry<K,V>的源码:

interface Entry<K,V> {  
     K getKey();  
     V getValue();  
     V setValue(V value);  
     boolean equals(Object o);  
     int hashCode();  
}

interface Entry<K,V> {
	K getKey();
	V getValue();
	V setValue(V value);
	boolean equals(Object o);
	int hashCode();
    }

Map.Entry<K,V> 它是一个接口，里面定义了几个方法，Map.Entry<K,V>它实际上是一个内部的接口(inner interface)，Map.Entry干什么用的呢?我看看Map接口有一个 Set<Map.Entry<K, V>> entrySet();方法，它返回一个Set集合，它里面是Map.Entry<K, V>类型的，这个方法用得非常多。表示你在调用一个Map的entrySet()方法，它会返回一个Set集合，这个集合里面放置的就是你的Map 的key和value这两个对象所共同组成的Map.Entry类型的那样的对象，Map.Entry类型对象里面放置的就是你的HashMap里面的 key和value，所以说当你去调用一个Map(不管是HashMap还是Treemap)的entrySet()方法，会返回一个Set集合，个集合里面放置的就是你的Map的key和value这两个对象所共同组成的Map.Entry类型的那样的对象。
HashMap的底层是怎样维护的呢?我们看一下源码:

transient Entry[] table;

  /**
     * The table, resized as necessary. Length MUST Always be a power of two.
     */
    transient Entry[] table;

它是一个Entry类型的数组,table数组里面放Entry类型的，Entry的源码有：

final K key;
V value;

这里的K表示HashMap的key,V表示HashMap的value，所以我们可以大胆的断定，HashMap的底层是用数组来维护的。理解这一点非常重要，因为java的集合，底层大部分都是用数组来维护的，顶层之所以有那么高级，是因为底层对其进行了封装。

4、HashMap底层采用数组来维护。数组里面的每一个元素都是Entry，而这个Entry里面是Key和value组成的内容。

我们看HashMap的put方法，如果key == null,返回putForNullKey(value)，看putForNullKey方法:

    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;
    }

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;
    }

首先做一个for循环,从Entry数组的第一个元素开始，e.next是static class Entry<K,V> implements Map.Entry<K,V>的一个成员属性 Entry<K,V> next;next也是Entry<K,V>类型的，next也可以指向Entry类型的对象，当我知道一个Entry类型的对象，就可以通过它的next属性知道这个Entry类型的对象的后面一个Entry类型的对象，通过这个next变量来寻找下一个。next指向的Entry类型的对象不在数组中。
接着判断e.key == null，如果e.key 为null，说明HashMap里面没有这个对象，这个时就会将我们add到Set里面的对象真真正正的放置到Entry数组里面去。
我们在看HashMap的put方法里面：int hash = hash(key.hashCode());如果key不为null,这个key就是我们往HashSet里面放置的那个对象。它就会调用 key.hashCode()方法，这是流程转到hashCode方法里面去了，调用hashCode()方法返回hash码，接着调用hash方法，我们看看hash方法源码:

static int hash(int h) {
        // This function ensures that hashCodes that differ only by
        // constant multiples at each bit position have a bounded
        // number of collisions (approximately 8 at default load factor).
        h ^= (h >>> 20) ^ (h >>> 12);
        return h ^ (h >>> 7) ^ (h >>> 4);
    }

这个hash方法异常复杂。并且jdk5.0和jdk6.0对这个方法的实现方式也是不一样的。hash方法就是我们在数据结构中讲的散列函数。它是经过放进HashSet里面的对象作为key得到hashCode码，在进行散列得到的一个整数。
接着执行put方法里面的int i = indexFor(hash, table.length);语句，我们看看indexFor方法的源码:

 * Returns index for hash code h.
     */
    static int indexFor(int h, int length) {
        return h & (length-1);
    }

     static int hash(int h) {
        // This function ensures that hashCodes that differ only by
        // constant multiples at each bit position have a bounded
        // number of collisions (approximately 8 at default load factor).
        h ^= (h >>> 20) ^ (h >>> 12);
        return h ^ (h >>> 7) ^ (h >>> 4);
    }

indexFor方法也返回一个整型值，将上面通过hash方法得到的int值和数组的长度进行与运算，然后返回。他是往HashSet里面放置对象位置的索引值，它的值永远在0到数组长度减1之间，它是不会超过数组长度的。它是有hash方法和indexFor方法来保证不会超过的。
所以对于put方法，如果indexFor返回2，那么就在数组的第2个位置，然后执行for循环，如果第2个位置没有元素，则跳出for循环，调用addEntry方法将这个元素添加到数组中第2个位置，addEntry(hash, key, value, i);这是比较简单的情况。比较复杂的情况，数组的第2个位置已经有元素了，不为null，那么它是怎么做的呢?我们看一下：

            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;
            }

  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;
            }

它用这种方式方式进行比较，(e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))它会医用k的equals方法来个第2个位置上的元素进行比较，如果这个equals方法返回true,表示这个对象确实是一个对象，这个时候还没有完，如果e.hash == hash并且key.equals(k)表示真的是相同的，这个时候就会用新的相同的对象的值替换就的那个值，同时它把旧的那个被替换的值给返回。如果不相同呢，它会根据next指向的对象再去比较，如果又不成功又会根据它的next链去寻找比较，一直到最后一个，当为null的时候下一个就不存在了。这就是put方法的for过程。我们往HashMap里面放值的时候，两种情况，要么放进去了增加(key-value)要么替换掉(将旧的值替换掉了，其实是一样的)了。如果都不成功，表示在链上不存在，这个时候就直接添加到数组，同时将添加的这个Entry的next执行往外替换的那个Entry，这样做的好处就是减少索引时间。不管你链接有多长，每次查找时间固定(用hash方法)。

5、调用增加的那个对象的hashCode方法，来得到一个hashCode值，然后根据该值来计算出一个数组的下表索引(计算出数组中的一个位置)

6、将准备增加到map中的对象与该位置上的对象进行比较(equals方法)，如果相同，那么就将该位置上的那个对象(Entry类型)的 value值替换掉，否则沿着该Entry的链接继承重复上述过程，如果到链的最后仍然没有找到与此对象相同的对象，那么这个时候就会将该对象增加到数组中，将数组中该位置上的那个Entry对象链到该对象的后面。

7、对于HashSet,HashMap来说，这样做就是为了提高查找的效率，使得查找时间不随着Set或者Map的大小而改变。

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常用oracle语句备忘 | 我所要的生活

2009-08-13 17:17
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