Java基础随笔3
转载自https://github.com/crossoverJie/Java-Interview/blob/master/MD/HashMap.md
HashMap 底层分析
以下基于 JDK1.7 分析。
如图所示,HashMap 底层是基于数组和链表实现的。其中有两个重要的参数:
- 容量
- 负载因子
容量的默认大小是 16,负载因子是 0.75,当 HashMap
的 size > 16*0.75
时就会发生扩容(容量和负载因子都可以自由调整)。
put 方法
首先会将传入的 Key 做 hash
运算计算出 hashcode,然后根据数组长度取模计算出在数组中的 index 下标。
由于在计算中位运算比取模运算效率高的多,所以 HashMap 规定数组的长度为 2^n
。这样用 2^n - 1
做位运算与取模效果一致,并且效率还要高出许多。
由于数组的长度有限,所以难免会出现不同的 Key 通过运算得到的 index 相同,这种情况可以利用链表来解决,HashMap 会在 table[index]
处形成环形链表,采用头插法将数据插入到链表中。
get 方法
get 和 put 类似,也是将传入的 Key 计算出 index ,如果该位置上是一个链表就需要遍历整个链表,通过 key.equals(k)
来找到对应的元素。
遍历方式
Iterator<Map.Entry<String, Integer>> entryIterator = map.entrySet().iterator();
while (entryIterator.hasNext()) {
Map.Entry<String, Integer> next = entryIterator.next();
System.out.println("key=" + next.getKey() + " value=" + next.getValue());
}
Iterator<String> iterator = map.keySet().iterator();
while (iterator.hasNext()){
String key = iterator.next();
System.out.println("key=" + key + " value=" + map.get(key));
}
map.forEach((key,value)->{
System.out.println("key=" + key + " value=" + value);
});
强烈建议使用第一种 EntrySet 进行遍历。
第一种可以把 key value 同时取出,第二种还得需要通过 key 取一次 value,效率较低, 第三种需要 JDK1.8
以上,通过外层遍历 table,内层遍历链表或红黑树。
notice
在并发环境下使用 HashMap
容易出现死循环。
并发场景发生扩容,调用 resize()
方法里的 rehash()
时,容易出现环形链表。这样当获取一个不存在的 key
时,计算出的 index
正好是环形链表的下标时就会出现死循环。
所以 HashMap 只能在单线程中使用,并且尽量的预设容量,尽可能的减少扩容。
在 JDK1.8
中对 HashMap
进行了优化: 当 hash
碰撞之后写入链表的长度超过了阈值(默认为8),链表将会转换为红黑树。
假设 hash
冲突非常严重,一个数组后面接了很长的链表,此时重新的时间复杂度就是 O(n)
。
如果是红黑树,时间复杂度就是 O(logn)
。
大大提高了查询效率。
多线程场景下推荐使用 ConcurrentHashMap。
HashSet
HashSet
是一个不允许存储重复元素的集合,它的实现比较简单,只要理解了 HashMap
,HashSet
就水到渠成了。
成员变量
首先了解下 HashSet
的成员变量:
private transient HashMap<E,Object> map;
// Dummy value to associate with an Object in the backing Map
private static final Object PRESENT = new Object();
发现主要就两个变量:
map
:用于存放最终数据的。PRESENT
:是所有写入 map 的value
值。
构造函数
public HashSet() {
map = new HashMap<>();
}
public HashSet(int initialCapacity, float loadFactor) {
map = new HashMap<>(initialCapacity, loadFactor);
}
构造函数很简单,利用了 HashMap
初始化了 map
。
add
public boolean add(E e) {
return map.put(e, PRESENT)==null;
}
比较关键的就是这个 add()
方法。 可以看出它是将存放的对象当做了 HashMap
的健,value
都是相同的 PRESENT
。由于 HashMap
的 key
是不能重复的,所以每当有重复的值写入到 HashSet
时,value
会被覆盖,但 key
不会收到影响,这样就保证了 HashSet
中只能存放不重复的元素。
总结
HashSet
的原理比较简单,几乎全部借助于 HashMap
来实现的。
所以 HashMap
会出现的问题 HashSet
依然不能避免。
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补充:
HashMap 是一个散列表,它存储的内容是键值对(key-value)映射。
HashMap 继承于AbstractMap,实现了Map、Cloneable、java.io.Serializable接口。
HashMap 的实现不是同步的,这意味着它不是线程安全的。它的key、value都可以为null。此外,HashMap中的映射不是有序的。