2017-07-31 19:36:00

一、简介

1、HashMap作用及使用场景

HashMap利用数组+单向链表的方式,实现了key-value型数据的存储功能。HashMap的size永远是2^x的值,主要是为了更加均衡的使用数组位置。

2、存储key-value型数据的数据结构

如下代码,HashMap中定义了Node类,实现了Map.Entry接口,Entry接口只有set和get方法定义,极其简单。Node中定义了key、value、hash及指向下一个Node的指针next,Node类其实也可以作为单向链表。

3、HashMap的存储方式

HashMap采用数组+链表的方式存储数据,链表就是前面提到的Node类,数组如下:

4、HashMap几个重要参数

要想了解HashMap的扩容策略,先看看这几个默认值:

默认容量为16,最大容量为2^30,默认加载因子0.75f。后面3个TREEIFY相关的参数,都是使用tree存存数据时所用,暂时不用理会。

再看几个成员变量:

如上图:

table:存数据的数组;

entrySet:是entrySet()的返回值,被当做缓存,这样调用entrySet()方法时不用每次都重新创建一个Set对象;

size:key-value数据的数量;

modCount:防止并发修改的标志位;

threshold:临界值,超过这个临界值要需要扩容;

loadFactor:加载因子,用于计算临界值;

5、HashMap初始容量

HashMap的处理容量要么是默认值,要么使用用户设置的capacity,先看默认值。使用new HashMap()构造器,会使用默认capacity,代码如下:

奇怪了,这里怎么没有new数组呢?构造器中没有创建数组,说明数组的创建采用的是lazy策略,肯定要在put元素之前创建,要么数据存哪里?看看put方法,put方法调用了包级访问权限的putVal(),putVal()又调用了resize(),有如下代码:

看到了吧,如果table数组为null,在这里创建了数组。

那么用户设置了capacity的HashMap是如何初始化的?使用new HashMap(int capacity)构造器:

最终调用了这个构造器,加载因子是默认值。这里也并没有new数组,而是计算了临界值。Android的HashMap源码就清晰多了,不像这里搞这么繁琐。在前一张图片resize()方法中,如果table的size为0,且newThr大于0,则会按照newThr的大小创建数组。前面提到HashMap的size永远是2的幂次值,那现在看看newThr是怎么计算出来的?看看tableSizeFor()方法:

这个方法的作用找到最小的大于cap的2^n的值,so即便我们设置不是一个2^n的值,HashMap也会帮我们处理的。至于为什么一定要是2^n,后面再详细解释。 

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注:以上分析基于jdk中HashMap源码,从现在开始使用Android的HashMap源码分析,主要原因是Android的HashMap源码中剔除了一些无用的代码,结构更加清晰,便于了解其原理。

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二、HashMap中一些重要的方法

1、put(K key, V value)及扩容原理

如上代码,如果加入的数据key=null,则执行如下逻辑:

 继续看doubleCapacity()方法,扩容就意味着要增加数据的长度,HashMap直接是double,新数组创建后,需要将旧数组中的元素拷贝到新数据中,这就需要再次Hash确定元素在新数组中的位置。这是一个成本较高的操作,所以如果有条件,最好提前设置好Map的capacity。

先看一段JDK早期的扩容代码:

 1 void transfer(Entry[] newTable) {
 2         Entry[] src = table;
 3         int newCapacity = newTable.length;
 4         //假设旧的HashMap存在元素:11->22,33,位置分别在0和1
 5         for (int j = 0; j < src.length; j++) {
 6             //=============第1次循环=============
 7             Entry<K,V> e = src[j];//j=0,e=11
 8             if (e != null) {
 9                 src[j] = null;//清理旧数组中j位置,置为null
10                 do {
11                     Entry<K,V> next = e.next;//e=11,next=22
12                     int i = indexFor(e.hash, newCapacity);//假设i=6
13                     e.next = newTable[i];//e.next=null
14                     newTable[i] = e;//newTable[6]=11
15                     e = next;//e=22
16                 } while (e != null);
17 
18                 do {
19                     Entry<K,V> next = e.next;//e=22,next=null
20                     int i = indexFor(e.hash, newCapacity);//假设i=6,newTable[6]=11
21                     e.next = newTable[i];//e.next=11
22                     newTable[i] = e;//newTable[6]=22
23                     e = next;//e=null
24                 } while (e != null);
25             }
26 
27             //=============第2次循环=============
28             Entry<K,V> e = src[j];//j=1,e=33
29             if (e != null) {
30                 src[j] = null;
31                 do {
32                     Entry<K,V> next = e.next;//next=null
33                     int i = indexFor(e.hash, newCapacity);//假设i=8,newTable[8]=null
34                     e.next = newTable[i];//e.next=null
35                     newTable[i] = e;//newTable[8]=33
36                     e = next;//e=null
37                 } while (e != null);
38             }
39         }
40         //结束后的存储是:在新数组位置6和8,分别存储元素22->11,33
41     }

这段代码会将旧数组及链表中的元素挨个取出来,使用新数组的capacity再次计算出index,然后放到新数组index位置。如果同一个bucket中有多个元素构成链表,则会从链表头部依次取出元素,同样会在新数组对应的bucket中形成一个新链表,只不过链表元素的顺序是反的,看代码即可知道。

这里之所以使用比较旧的扩容方法,是因为这个方法更加简洁,能够更方便的搞清楚其工作原理。但是JDK中已经对这个方法做了较大的优化,尤其是JDK8,提高了性能。

期初理解这段代码的时候有个误区,主要集中在这2行代码:

1 e.next = newTable[i];
2 newTable[i] = e;

总是转不过弯来,刚开始的理解是:e.next指向newTable[i],然后又把e自己放进newTable[i]位置,脑海中总把newTable[i]理解成一个固定的框,让自己的next指向这个框,然后再把自己放进这个框中,那岂不是框中自己的next指向自己所在的框?挺绕的,但是期初自己就陷入了这种很绕的境地。后来使用了如代码中注释那样的方式,才走出了这个迷魂阵。回过头来看,首先不存在一个实体的框,是我自己想象了一个框,把自己框在里面了。

其实e=src[j],只表示引用e指向src[j]目前指向的堆中元素X;

e.next=newTable[i],表示引用e中的next指向数组newTable[i]指向的元素,如果当前newTable[i]为null,没有指向任何元素,则说明e.next并没有指向任何堆中元素;

newTable[i]=e,表示数组newTable[i]位置指向e所指向的堆中元素,而不是把e放入newTable数组i位置;

对于引用关系,千万不要与实体位置对于起来,他们之间的关系仅仅是一条连线而已。一个引用a连着某个堆中对象X,对引用a的操作其实都是对X对象的操作;a如果指向了别的堆中对象,和X就没任何关系了。

2、get方法

get方法就很简单了,不用多说了。

3、remove方法

remove方法比较简单,看注释。

4、clear方法

简单粗暴,直接将数组中的每一个位置填充为null。

5、HashMap中的Iterator体系

为什么要说HashMap的Itaerator体系呢?因为HashMap中提供了遍历Entry、Key、Value三套机制,所有对应的要有3套Iterator方法,但是HashMap中采用继承机制,设计了一套优雅合理的Iterator体系,我们来一探究竟。

 1 private abstract class HashIterator {
 2         int nextIndex;
 3         HashMapEntry<K, V> nextEntry = entryForNullKey;
 4         HashMapEntry<K, V> lastEntryReturned;
 5         int expectedModCount = modCount;
 6 
 7         HashIterator() {
 8             if (nextEntry == null) {//如果有key为null的元素,则优先遍历
 9                 HashMapEntry<K, V>[] tab = table;
10                 HashMapEntry<K, V> next = null;
11                 while (next == null && nextIndex < tab.length) {//找到数组中第一个不为null的元素
12                     next = tab[nextIndex++];
13                 }
14                 nextEntry = next;
15             }
16         }
17 
18         public boolean hasNext() {
19             return nextEntry != null;
20         }
21 
22         HashMapEntry<K, V> nextEntry() {
23             if (modCount != expectedModCount)
24                 throw new ConcurrentModificationException();
25             if (nextEntry == null)
26                 throw new NoSuchElementException();
27 
28             //假设数组中有2个元素11和33,11只有一个链表元素22,33没有链表元素,运行如下:
29             //===================第1次调用====================
30             HashMapEntry<K, V> entryToReturn = nextEntry;//nextEntry=11
31             HashMapEntry<K, V>[] tab = table;
32             HashMapEntry<K, V> next = entryToReturn.next;//next=22
33             while (next == null && nextIndex < tab.length) {
34                 next = tab[nextIndex++];//不走这里
35             }
36             nextEntry = next;//nextEntry=22
37             return lastEntryReturned = entryToReturn;//lastEntryReturned=11
38 
39             //===================第2次调用====================
40             HashMapEntry<K, V> entryToReturn = nextEntry;//nextEntry=22
41             HashMapEntry<K, V>[] tab = table;
42             HashMapEntry<K, V> next = entryToReturn.next;//next=null
43             while (next == null && nextIndex < tab.length) {
44                 next = tab[nextIndex++];//走这里,找数组中下一个不为null的元素33
45             }
46             nextEntry = next;//nextEntry=33
47             return lastEntryReturned = entryToReturn;//lastEntryReturned=22
48 
49             //===================第3次调用====================
50             HashMapEntry<K, V> entryToReturn = nextEntry;//nextEntry=33
51             HashMapEntry<K, V>[] tab = table;
52             HashMapEntry<K, V> next = entryToReturn.next;//next=null
53             while (next == null && nextIndex < tab.length) {//找不到其他非null元素
54                 next = tab[nextIndex++];
55             }
56             nextEntry = next;//nextEntry=null,下一次调用hasNext方法时会判断退出
57             return lastEntryReturned = entryToReturn;//lastEntryReturned=33
58         }
59 
60         public void remove() {
61             if (lastEntryReturned == null)
62                 throw new IllegalStateException();
63             if (modCount != expectedModCount)
64                 throw new ConcurrentModificationException();
65             HashMap.this.remove(lastEntryReturned.key);//调用HashMap的remove方法
66             lastEntryReturned = null;
67             expectedModCount = modCount;
68         }
69     }

上面的代码做了一些注释,这是HashMap中Iterator体系中的最顶层的Itarator,可以发现这个Itarator并没有实现系统的Iterator接口,所以使用时不可强转。

6、其他Iterator

顶层设计已经搞好了,其他3个Itarator只需要按需定制即可,如下:

7、keySet()、values()和entrySet()方法

keySet返回HashMap中所有key的Set集合,继承自AbstractSet,使用的正是KeyIterator,如下:

values()方法返回HashMap中所有value的Collection,继承自AbstractCollection,如下:

entrySet返回HashMap中所有元素的Set集合,如下:

有个疑问,为什么keySet和entrySet都是Set集合,value却是Collection呢?虽然AbstractCollection提供了更丰富的操作,但好像不是理由。

 

 posted on 2017-07-31 21:59  wlrhnh  阅读(582)  评论(0编辑  收藏  举报