Java數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)之HashMap源碼深入分析
HashMap是Java集合框架中常用的一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),它是一種基于哈希表實(shí)現(xiàn)的映射表.在JDK1.8版本中,HashMap的get方法和put方法的實(shí)現(xiàn)與之前版本有些不同,下面我們來逐步分析其源碼實(shí)現(xiàn).
基本結(jié)構(gòu)
public class HashMap<K,V> extends AbstractMap<K,V> implements Map<K,V>, Cloneable, Serializable { // ... /** * 默認(rèn)初始容量為16 */ static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; // aka 16 /** * 默認(rèn)負(fù)載因子為0.75 */ static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f; /** * 最大容量:1 << 30(2的30次方) */ static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30; /** * 存放元素的數(shù)組,長度總是2的冪次方 */ transient HashMap.Node<K,V>[] table; /** * 存放鍵值對的數(shù)量 */ transient int size; /** * 擴(kuò)容操作的閾值 */ int threshold; /** * 負(fù)載因子,用于計(jì)算閾值 */ final float loadFactor; // ... }
get方法
/** * 根據(jù)key獲取value,如果key不存在則返回null * * @param key * @return */ public V get(Object key) { // 獲取key對應(yīng)的Node節(jié)點(diǎn) HashMap.Node<K, V> e; // 調(diào)用getNode方法查找key對應(yīng)的Node節(jié)點(diǎn),并將查找結(jié)果賦值給e // 如果e為null就返回null否則返回e節(jié)點(diǎn)的value return (e = getNode(hash(key), key)) == null ? null : e.value; } /** * 根據(jù)key的哈希值和key查找對應(yīng)的Node節(jié)點(diǎn) * * @param hash * @param key * @return */ final HashMap.Node<K, V> getNode(int hash, Object key) { // 定義局部變量tab,first,e,n和k HashMap.Node<K, V>[] tab; HashMap.Node<K, V> first, e; int n; K k; // 如果table數(shù)據(jù)不為null且長度大于0,且第一個Node節(jié)點(diǎn)不為空,則開始查找Node節(jié)點(diǎn) if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 && (first = tab[(n - 1) & hash]) != null) { // 如果第一個Node節(jié)點(diǎn)的哈希值與傳入的hash值相等,且第一個Node節(jié)點(diǎn)的key和傳入的key相等,則直接返回第一個Node節(jié)點(diǎn) if (first.hash == hash && // always check first node ((k = first.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) return first; // 如果第一個Node節(jié)點(diǎn)不是要查找的Node節(jié)點(diǎn),則開始遍歷鏈表查找對應(yīng)的Node節(jié)點(diǎn) if ((e = first.next) != null) { if (first instanceof HashMap.TreeNode) // 如果第一個Node節(jié)點(diǎn)是紅黑樹節(jié)點(diǎn),則調(diào)用紅黑樹節(jié)點(diǎn)的getTreeNode方法查找對應(yīng)的Node節(jié)點(diǎn) return ((HashMap.TreeNode<K, V>) first).getTreeNode(hash, key); // 如果第一個Node節(jié)點(diǎn)不是紅黑樹節(jié)點(diǎn),則遍歷鏈表查找對應(yīng)的Node節(jié)點(diǎn) do { // 如果遍歷到的Node節(jié)點(diǎn)的hash值與傳入的hash值相等,且Node節(jié)點(diǎn)的key和傳入的key相等,則返回對應(yīng)的Node節(jié)點(diǎn) if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) return e; } while ((e = e.next) != null); } } // 如果在table數(shù)組中沒有找到對應(yīng)的Node節(jié)點(diǎn),則返回null return null; }
get方法工作流程如下:
- 根據(jù)key的hashCode計(jì)算出在哈希表中的位置
- 遍歷該位置上的鏈表或樹,查找對應(yīng)的鍵值對
- 如果找到了對應(yīng)的鍵值對,則返回對應(yīng)的value;否則返回null
put方法
/** * 向HashMap中添加一個key-value鍵值對 * * @param key * @param value * @return */ public V put(K key, V value) { // 根據(jù)key的哈希值和key查找對應(yīng)的Node節(jié)點(diǎn),并添加到HashMap中 return putVal(hash(key), key, value, false, true); } /** * 根據(jù)key的hash值和key添加一個鍵值對到HashMap中 * * @param hash * @param key * @param value * @param onlyIfAbsent * @param evict * @return */ final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent, boolean evict) { // 定義局部變量tab,p,n和i HashMap.Node<K, V>[] tab; HashMap.Node<K, V> p; int n, i; // 如果table數(shù)組為null或者長度為0,則先調(diào)用resize()方法初始化table數(shù)組 if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0) n = (tab = resize()).length; // 根據(jù)計(jì)算出來插入位置i插入新的鍵值對 if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null) // 如果插入的位置為null,則直接插入新的鍵值對 tab[i] = newNode(hash, key, value, null); else { HashMap.Node<K, V> e; K k; // 如果插入的位置不為null,就遍歷鏈表或樹查找插入位置 if (p.hash == hash && ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) e = p; else if (p instanceof HashMap.TreeNode) // 如果插入位置為紅黑樹節(jié)點(diǎn),則調(diào)用putTreeVal方法插入新的鍵值對 e = ((HashMap.TreeNode<K, V>) p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value); else { // 遍歷鏈表,查找插入位置 for (int binCount = 0; ; ++binCount) { if ((e = p.next) == null) { // 直接在鏈表末尾插入新的鍵值對 p.next = newNode(hash, key, value, null); if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st // 如果此時鏈表長度大于等于8,則將鏈表轉(zhuǎn)化為紅黑樹 treeifyBin(tab, hash); break; } // 如果找到相同key,終止循環(huán) if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) break; p = e; } } if (e != null) { // existing mapping for key // 如果存在相同key,則替換對應(yīng)value V oldValue = e.value; if (!onlyIfAbsent || oldValue == null) e.value = value; afterNodeAccess(e); return oldValue; } } ++modCount; if (++size > threshold) // 如果插入后的HashMap的大小大于閾值,則調(diào)用resize方法擴(kuò)容HashMap resize(); afterNodeInsertion(evict); return null; }
put方法工作流程如下:
- 根據(jù)key的hashCode值計(jì)算出在哈希表中的位置
- 如果該位置為空,則直接插入新的鍵值對
- 如果該位置不為空,則遍歷該位置上的鏈表或樹,查找是否已經(jīng)存在對應(yīng)的鍵值對
- 如果找到對應(yīng)的鍵值對,則替換對應(yīng)的value
- 如果沒有找到對應(yīng)的鍵值對,則將新的鍵值對插入到鏈表末尾
- 如果鏈表長度達(dá)到閾值(默認(rèn)為8),則將鏈表轉(zhuǎn)化為樹
- 如果插入后HashMap的大小超過了閾值(默認(rèn)容量的0.75),則擴(kuò)容HashMap
- 插入完成后,執(zhí)行一些必要的后續(xù)操作,例如更新修改次數(shù)等等
總的來說,HashMap的get方法和put方法都是基于哈希算法來實(shí)現(xiàn)鍵值對的查找和插入的,其中put方法需要考慮更多的情況,包括鏈表轉(zhuǎn)換為樹,擴(kuò)容等等.
HashMap的容量為什么總是2的n次冪
在Java中,HashMap的容量總是2的n次冪的原因是為了提高HashMap的性能.
HashMap內(nèi)部使用一個數(shù)組來存儲鍵值對,當(dāng)添加一個鍵值對時,HashMap會根據(jù)建的hashCode值計(jì)算出它在數(shù)組中的索引位置.如果數(shù)組長度不是2的n次冪,那么計(jì)算索引時就需要進(jìn)行取模操作,這會影響HashMap的性能.
如果數(shù)組長度時2的n次冪,那么計(jì)算索引時可以使用位運(yùn)算(&操作),這比取模操作更快.而且,HashMap的擴(kuò)容操作也要求長度時2的n次冪,這樣在擴(kuò)容時可以簡化計(jì)算,提高性能.
另外,長度為2的n次冪的數(shù)組大小還有一個優(yōu)點(diǎn)是,它可以保證數(shù)組的不同位置發(fā)生哈希沖突的概率比較平均,這可以減少哈希沖突的發(fā)生,提高HashMap的效率.
到此這篇關(guān)于Java數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)之HashMap源碼深入分析的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Java HashMap內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家!
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