Java HashMap
ldcaws 人气:0java集合容器类分为Collection和Map两大类,Collection类的子接口有Set、List、Queue,Map类子接口有SortedMap。如ArrayList、HashMap的继承实现关系分别如下
1.HashMap数据结构
在jdk1.8中,底层数据结构是“数组+链表+红黑树”。HashMap其实底层实现还是数组,只是数组的每一项都是一条链,如下
当链表过长时,会严重影响HashMap的性能,红黑树的搜索时间复杂度是O(logn),而链表是O(n),因此在jdk1.8引入了红黑树做进一步优化,链表和红黑树在达到一定条件进行转换:
- 当链表转换为红黑树前会判断,如果当前数组的长度小于64,那么会选择先进行数组扩容,而不是转换为红黑树,以减少搜索时间;
- 当链表超过8且数组长度超过64才会转为红黑树;
2.HashMap特点
HashMap存取是无序的;K和V都可以是null,但是K只能由一个null;阈值大于8且数组长度大于64时才将链表转换为红黑树,变成红黑树的目的是提高搜索速度。
链表转换为红黑树的原因:在数组比较小的时候如果出现红黑树,反而降低效率,而红黑树需要进行左旋右旋、变色操作来保持平衡,同事数组长度小于64时,搜索速度也较快。
默认加载因子为0.75的原因:HashMap中的threadhold是HashMap所能容纳键值对的最大值,计算公式为threadhold =leng*loadFactory,在数组定义好长度之后,负载因子越大,所能容纳的键值对的个数越大。loadFactory越趋近于1,那么数组中存放的数据越密集,就会有更多的链表长度处于更长的数值,我们的查询效率就会越低,当添加数据时,产生hash冲突的概率也会越高。loadFactory越趋近于0.数组中存放的数据越稀疏,0.75是对空间和时间效率的一种平衡选择,经过多重计算检验得到的可靠值。
hash值计算:hashCode方法是Object中的方法,所有类都可以对其进行使用,首先底层通过调用hashCode方法生成初始hash值h1,然后将h1无符号右移16位得到h2,之后将h1和h2进行按位异或运算得到最终的hash值h3,之后将h3与length-1进行按位与运算得到hash表索引。
3.HashMap中put方法流程
源码如下
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; } } ++modCount; if (++size > threshold) resize(); afterNodeInsertion(evict); return null; }
首先根据key的值计算hash值,找到该元素在数组中存储的下标;
若数组是空的,则调用resize进行初始化;
若没有hash冲突,则直接放在对应的数组下标里;
若发生hash冲突了,且key已经存储,就覆盖掉value;
若发生hash冲突后是链表结构,就判断该链表是否大于8,若大于8且数组容量小于64,就进行扩容;若链表节点数量大于8且数组容量大于64,则将这个结构转换位红黑树;否则链表插入键值对,若key存在则覆盖掉value;
若hash冲突后,发现该节点是红黑树,就将这个节点挂在数上;
final Node<K,V>[] resize() { Node<K,V>[] oldTab = table; int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length; int oldThr = threshold; int newCap, newThr = 0; if (oldCap > 0) { if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) { threshold = Integer.MAX_VALUE; return oldTab; } else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY && oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY) newThr = oldThr << 1; // double threshold } else if (oldThr > 0) // initial capacity was placed in threshold newCap = oldThr; else { // zero initial threshold signifies using defaults newCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY; newThr = (int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY); } if (newThr == 0) { float ft = (float)newCap * loadFactor; newThr = (newCap < MAXIMUM_CAPACITY && ft < (float)MAXIMUM_CAPACITY ? (int)ft : Integer.MAX_VALUE); } threshold = newThr; @SuppressWarnings({"rawtypes","unchecked"}) Node<K,V>[] newTab = (Node<K,V>[])new Node[newCap]; table = newTab; if (oldTab != null) { for (int j = 0; j < oldCap; ++j) { Node<K,V> e; if ((e = oldTab[j]) != null) { oldTab[j] = null; if (e.next == null) newTab[e.hash & (newCap - 1)] = e; else if (e instanceof TreeNode) ((TreeNode<K,V>)e).split(this, newTab, j, oldCap); else { // preserve order Node<K,V> loHead = null, loTail = null; Node<K,V> hiHead = null, hiTail = null; Node<K,V> next; do { next = e.next; if ((e.hash & oldCap) == 0) { if (loTail == null) loHead = e; else loTail.next = e; loTail = e; } else { if (hiTail == null) hiHead = e; else hiTail.next = e; hiTail = e; } } while ((e = next) != null); if (loTail != null) { loTail.next = null; newTab[j] = loHead; } if (hiTail != null) { hiTail.next = null; newTab[j + oldCap] = hiHead; } } } } } return newTab; }
hashMap在容量超过负载因子后就会扩容,将hashMap的大小扩大为原来数组的两倍。
HashMap是非线程安全的,在put的时候,插入的元素超过了容量的范围就会进行扩容操作rehash,这个会重新将原数组的内容重新hash到新的扩容数组中,在多线程的环境下,存在同时其他的元素也在进行put操作,如果hash值相同,可能出现在同一数组下用链表表示,造成闭环,导致在get操作时出现死循环,所以hashMap是线程不安全的。
继续理解源码的设计妙处。
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