Java中的HashMap集合源碼詳細(xì)解讀
什么是Hash?
hash表是一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),它擁有驚人的效率,它的時(shí)間復(fù)雜度低到接近O(1)這樣的常數(shù)級(jí)。
hash表的實(shí)現(xiàn)主要是:
1.計(jì)算存儲(chǔ)位置的hash函數(shù)。
2.處理哈希沖突的方法。
3.hash的物理存儲(chǔ)。
hash函數(shù)
它的目的是通過一個(gè)key選出(映射)一個(gè)唯一的存儲(chǔ)地址。
最常見的hash函數(shù):f(key)=a*key+b 這里a,b為常數(shù)(不為0),f(key)就是計(jì)算出的哈希值 一般一個(gè)hash函數(shù)的設(shè)計(jì)好壞,直接影響到效率。
哈希沖突
hash沖突定義:當(dāng)兩個(gè)key相同時(shí)計(jì)算的hash值會(huì)一樣,導(dǎo)致沖突。
hash沖突解決部分方法: **開放定地址:**找下一塊地址(另一個(gè)hash表(另一個(gè)未用過的hash值·),無(wú)限多) **再散列函數(shù)法:**一個(gè)hash函數(shù)解決不了,就兩個(gè),兩個(gè)不行就三個(gè)… **鏈地址法(hash桶(此處鏈表)的概念):**數(shù)組+鏈表,將具有相同hash的同義詞按次序放入鏈表,并鏈表存在數(shù)組。鏈表的hash值以數(shù)組hash值開始確定新的hash(不擔(dān)心與其它數(shù)組的hash相同) 還有的就不做介紹了
物理存儲(chǔ)
物理存儲(chǔ)結(jié)構(gòu):順序|鏈?zhǔn)酱鎯?chǔ) hash表的主干永遠(yuǎn)都是一個(gè)數(shù)組 一般的hash只需要一個(gè)數(shù)組來(lái)存儲(chǔ),一般以數(shù)組下標(biāo)做hash值。 在鏈地址法中需要用到鏈表。
什么是Map?
Map在計(jì)算機(jī)概念是一個(gè)key-value(唯一性)鍵值對(duì)
什么是HashMap?
根據(jù)前面的鋪墊, hashMap的存儲(chǔ)主干是一個(gè)數(shù)組(源碼中的Node(有些是Entry)對(duì)象數(shù)組), Node(Entry)對(duì)象包含了Key-Value屬性
hashMap處理hash沖突:java1.8后,使用的是鏈地址法。
數(shù)據(jù)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)如下:

在擁有鏈表的情況下,hashMap的查詢效率必然是低一些的,復(fù)雜度提高到o(n) 但1.8利用了紅黑樹數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),又將復(fù)雜度降為了o(Log(n))
HashMap的源碼分析
構(gòu)造函數(shù)(4個(gè))
部分成員變量:
- transient 關(guān)鍵字:再被修飾后變量序列化將不可見
- threshold:初始空間(initialCapacity傳入?yún)?shù))
- loadFactor:負(fù)載因子 modCount:是快速失敗的判斷標(biāo)準(zhǔn)(在迭代時(shí),其他線程訪問Map,并導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)改變,會(huì)拋異常)
- table:節(jié)點(diǎn)Set集合(HashMap主干,是個(gè)數(shù)組)
- initialCapacity默認(rèn)為16,loadFactory默認(rèn)為0.75
負(fù)載因子在0.75時(shí)效率最好(數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)學(xué)驗(yàn)證),用于衡量空間利用的方法選擇
hashMap會(huì)擴(kuò)容且容量永遠(yuǎn)是2的冪
合理判斷參數(shù),就結(jié)束構(gòu)造
public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {
if (initialCapacity < 0)
throw new IllegalArgumentException("Illegal initial capacity: " +
initialCapacity);
if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY)
initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY;
if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor))
throw new IllegalArgumentException("Illegal load factor: " +
loadFactor);
this.loadFactor = loadFactor;
this.threshold = tableSizeFor(initialCapacity);
}
合理判斷空間大小參數(shù),使用默認(rèn)負(fù)載參數(shù)就結(jié)束構(gòu)造
public HashMap(int initialCapacity) {
this(initialCapacity, DEFAULT_LOAD_FACTOR);
}
/使用默認(rèn)參數(shù)就結(jié)束構(gòu)造
public HashMap() {
this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR; // all other fields defaulted
}
構(gòu)造一個(gè)具有相同的映射關(guān)系與指定Map一個(gè)新的HashMap。 HashMap中與默認(rèn)負(fù)載因數(shù)(0.75)和初始容量足以容納在指定的地圖的映射創(chuàng)建
public HashMap(Map<? extends K, ? extends V> m) {
this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR;
putMapEntries(m, false);
}
發(fā)現(xiàn)此時(shí)table變量未分配空間。根據(jù)put函數(shù)源碼發(fā)現(xiàn),table變量在put()分配空間
再看關(guān)鍵對(duì)象Node(Entry)
//Map.Entry<K,V>是一個(gè)接口
//Node
static class Node<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
final int hash;//哈希值
final K key;//鍵值
V value;
Node<K,V> next;//下一節(jié)點(diǎn);因?yàn)槭擎湹刂贩?
Node(int hash, K key, V value, Node<K,V> next) {
this.hash = hash;
this.key = key;
this.value = value;
this.next = next;
}
//other
}
再看其部分關(guān)鍵函數(shù) hash() : key.hashCode()產(chǎn)生依靠equals()方法,位移異或等操作的哈希值 ,這個(gè)根據(jù)版本不同也計(jì)算方法不同,但是hashCode()幾乎一直存在 put() : 計(jì)算hash值然后對(duì)table
/*單位計(jì)算key.hashCode()和差(異或)的散列以降低的較高位。
因?yàn)楸硎褂霉β实膬裳诒危咨⒘械?,只有在?dāng)前的掩模將總是碰撞上述位變化。
(其中著名的例子是一組浮動(dòng)鍵的小桌子控股連續(xù)整數(shù))。
所以我們施加向下變換利差較高位的影響。
有速度,實(shí)用,和位傳播質(zhì)量之間的權(quán)衡。
由于哈希許多共同的集已合理分配(所以不要蔓延受益),因?yàn)槲覀冇脴鋪?lái)處理大型成套碰撞的垃圾箱,
我們只是XOR一些最便宜的方式轉(zhuǎn)移位降低系統(tǒng)lossage,
以及納入,否則將永遠(yuǎn)不會(huì)因?yàn)楸斫绲闹笖?shù)計(jì)算中使用的最高位的影響。
*/
static final int hash(Object key) {
int h;
return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
}
public V put(K key, V value) {
return putVal(hash(key), key, value, false, true);
}
public V put(K key, V value) {
return putVal(hash(key), key, value, false, true);
}
/**
* Implements Map.put and related methods
*
* @param hash hash for key
* @param key the key
* @param value the value to put
* @param onlyIfAbsent if true, don't change existing value
* @param evict if false, the table is in creation mode.
* @return previous value, or null if none
*/
final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,
boolean evict) {
Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, i;
if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
n = (tab = resize()).length;
if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
else {
Node<K,V> e; K k;
if (p.hash == hash &&
((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
e = p;
else if (p instanceof TreeNode)
e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
else {
for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
if ((e = p.next) == null) {
p.next = newNode(hash, key, value, null);
if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st
treeifyBin(tab, hash);
break;
}
if (e.hash == hash &&
((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
break;
p = e;
}
}
if (e != null) { // existing mapping for key
V oldValue = e.value;
if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
e.value = value;
afterNodeAccess(e);
return oldValue;
}
}
//快速失敗
++modCount;
if (++size > threshold)
resize();
afterNodeInsertion(evict);
return null;
}
JDK1.8在JDK1.7的基礎(chǔ)上針對(duì)增加了紅黑樹來(lái)進(jìn)行優(yōu)化。即當(dāng)鏈表超過8時(shí),鏈表就轉(zhuǎn)換為紅黑樹,利用紅黑樹快速增刪改查的特點(diǎn)提高HashMap的性能,其中會(huì)用到紅黑樹的插入、刪除、查找等算法。
看上面的put函數(shù)的putVal()就含有紅黑樹的插入方法, 一開始普通的鏈表不需要紅黑樹。 下列源碼可以看出, 轉(zhuǎn)換紅黑樹條件是 鏈表(是在每次遍歷到數(shù)組時(shí)每個(gè)單元對(duì)于的鏈表,參考上圖)節(jié)點(diǎn)數(shù)大于等于8且數(shù)組長(zhǎng)度大于等于64,
詳見方法:treeifyBin();
//判斷處理方法
final void treeifyBin(Node<K,V>[] tab, int hash) {
int n, index; Node<K,V> e;
if (tab == null || (n = tab.length) < MIN_TREEIFY_CAPACITY)
resize();
else if ((e = tab[index = (n - 1) & hash]) != null) {
TreeNode<K,V> hd = null, tl = null;
do {
TreeNode<K,V> p = replacementTreeNode(e, null);
if (tl == null)
hd = p;
else {
p.prev = tl;
tl.next = p;
}
tl = p;
} while ((e = e.next) != null);
if ((tab[index] = hd) != null)
hd.treeify(tab);
}
}
//紅黑樹構(gòu)造類
static final class TreeNode<K,V> extends LinkedHashMap.Entry<K,V> {
TreeNode<K,V> parent; // red-black tree links
TreeNode<K,V> left;
TreeNode<K,V> right;
TreeNode<K,V> prev; // needed to unlink next upon deletion
boolean red;//是紅節(jié)點(diǎn)嗎
TreeNode(int hash, K key, V val, Node<K,V> next) {
super(hash, key, val, next);
}
}
HashMap源碼探究到此為止,以后可以繼續(xù)深入,學(xué)習(xí)紅黑樹的實(shí)際應(yīng)用等等
在此附上一張網(wǎng)上Copy過來(lái)的圖: 是講1.8版本的HashMap在增加元素后一系列的操作步驟,以及優(yōu)化方式流程圖

集合源碼魅力無(wú)窮。 踏踏實(shí)實(shí)讀源碼。
到此這篇關(guān)于Java中的HashMap集合源碼詳細(xì)解讀的文章就介紹到這了,更多相關(guān)HashMap集合源碼內(nèi)容請(qǐng)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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