HashMap就是这么简单【源码剖析】+ LIst

前言

声明，本文用得是jdk1.8

前面已经讲了Collection的总览和剖析List集合以及散列表、Map集合、红黑树的基础了：

本篇主要讲解HashMap，以及涉及到一些与hashtable的比较~

看这篇文章之前最好是有点数据结构的基础：

当然了，如果讲得有错的地方还请大家多多包涵并不吝在评论去指正～

一、HashMap剖析

首先看看HashMap的顶部注释说了些什么：

再来看看HashMap的类继承图：

下面我们来看一下HashMap的属性：

成员属性有这么几个：

再来看一下hashMap的一个内部类Node：

我们知道Hash的底层是散列表，而在Java中散列表的实现是通过数组+链表的~

再来简单看看put方法就可以印证我们的说法了：数组+链表-->散列表

我们可以简单总结出HashMap：

无序，允许为null，非同步
底层由散列表(哈希表)实现
初始容量和装载因子对HashMap影响挺大的，设置小了不好，设置大了也不好

1.1HashMap构造方法

HashMap的构造方法有4个：

在上面的构造方法最后一行，我们会发现调用了tableSizeFor()，我们进去看看：

这是位运算算法，具体流程可参考：

看完上面可能会感到奇怪的是：为啥是将2的整数幂的数赋给threshold？

threshold这个成员变量是阈值，决定了是否要将散列表再散列。它的值应该是：capacity * load factor才对的。

其实这里仅仅是一个初始化，当创建哈希表的时候，它会重新赋值的：

至于别的构造方法都差不多，这里我就不细讲了：

1.2put方法

put方法可以说是HashMap的核心，我们来看看：

我们来看看它是怎么计算哈希值的：

为什么要这样干呢？？我们一般来说直接将key作为哈希值不就好了吗，做异或运算是干嘛用的？？

我们看下来：

我们是根据key的哈希值来保存在散列表中的，我们表默认的初始容量是16，要放到散列表中，就是0-15的位置上。也就是tab[i = (n - 1) & hash]。可以发现的是：在做&运算的时候，仅仅是后4位有效~那如果我们key的哈希值高位变化很大，低位变化很小。直接拿过去做&运算，这就会导致计算出来的Hash值相同的很多。

而设计者将key的哈希值的高位也做了运算(与高16位做异或运算，使得在做&运算时，此时的低位实际上是高位与低位的结合)，这就增加了随机性，减少了碰撞冲突的可能性！

下面我们再来看看流程是怎么样的：

新值覆盖旧值，返回旧值测试：

接下来我们看看resize()方法，在初始化的时候要调用这个方法，当散列表元素大于capacity * load factor的时候也是调用resize()

1.3get方法

接下来我们看看getNode()是怎么实现的：

1.4remove方法

再来看看removeNode()的实现：

二、HashMap与Hashtable对比

从存储结构和实现来讲基本上都是相同的。它和HashMap的最大的不同是它是线程安全的，另外它不允许key和value为null。Hashtable是个过时的集合类，不建议在新代码中使用，不需要线程安全的场合可以用HashMap替换，需要线程安全的场合可以用ConcurrentHashMap替换

Hashtable具体阅读源码可参考：

四、总结

在JDK8中HashMap的底层是：数组+链表(散列表)+红黑树

在散列表中有装载因子这么一个属性，当装载因子*初始容量小于散列表元素时，该散列表会再散列，扩容2倍！

装载因子的默认值是0.75，无论是初始大了还是初始小了对我们HashMap的性能都不好

装载因子初始值大了，可以减少散列表再散列(扩容的次数)，但同时会导致散列冲突的可能性变大(散列冲突也是耗性能的一个操作，要得操作链表(红黑树)！
装载因子初始值小了，可以减小散列冲突的可能性，但同时扩容的次数可能就会变多！

初始容量的默认值是16，它也一样，无论初始大了还是小了，对我们的HashMap都是有影响的：

初始容量过大，那么遍历时我们的速度就会受影响~
初始容量过小，散列表再散列(扩容的次数)可能就变得多，扩容也是一件非常耗费性能的一件事~

从源码上我们可以发现：HashMap并不是直接拿key的哈希值来用的，它会将key的哈希值的高16位进行异或操作，使得我们将元素放入哈希表的时候增加了一定的随机性。

还要值得注意的是：并不是桶子上有8位元素的时候它就能变成红黑树，它得同时满足我们的散列表容量大于64才行的~

明天要是无意外的话，可能会写TreeMap，敬请期待哦~~~~

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参考资料：

List集合就这么简单【源码剖析】

前言

声明，本文用得是jdk1.8

前一篇已经讲了Collection的总览：Collection总览，介绍了一些基础知识。

现在这篇主要讲List集合的三个子类：

ArrayList
- 底层数据结构是数组。线程不安全
LinkedList
- 底层数据结构是链表。线程不安全
Vector
- 底层数据结构是数组。线程安全

这篇主要来看看它们比较重要的方法是如何实现的，需要注意些什么，最后比较一下哪个时候用哪个～

看这篇文章之前最好是有点数据结构的基础：Java实现单向链表，栈和队列就是这么简单，二叉树就这么简单

当然了，如果讲得有错的地方还请大家多多包涵并不吝在评论去指正～

一、ArrayList解析

首先，我们来讲解的是ArrayList集合，它是我们用得非常非常多的一个集合~

首先，我们来看一下ArrayList的属性：

根据上面我们可以清晰的发现：ArrayList底层其实就是一个数组，ArrayList中有扩容这么一个概念，正因为它扩容，所以它能够实现“动态”增长

1.2构造方法

我们来看看构造方法来印证我们上面说得对不对：

1.3Add方法

add方法可以说是ArrayList比较重要的方法了，我们来总览一下：

1.3.1add(E e)

步骤：

检查是否需要扩容
插入元素

首先，我们来看看这个方法：

    public boolean add(E e) {
        ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
        elementData[size++] = e;
        return true;
    }

该方法很短，我们可以根据方法名就猜到他是干了什么：

确认list容量，尝试容量加1，看看有无必要
添加元素

接下来我们来看看这个小容量(+1)是否满足我们的需求：

随后调用ensureExplicitCapacity()来确定明确的容量，我们也来看看这个方法是怎么实现的：

所以，接下来看看grow()是怎么实现的~

进去看copyOf()方法：

到目前为止，我们就可以知道add(E e)的基本实现了：

首先去检查一下数组的容量是否足够
- 足够：直接添加
- 不足够：扩容
  - 扩容到原来的1.5倍
  - 第一次扩容后，如果容量还是小于minCapacity，就将容量扩充为minCapacity。

1.3.2add(int index, E element)

步骤：

检查角标
空间检查，如果有需要进行扩容
插入元素

我们来看看插入的实现：

我们发现，与扩容相关ArrayList的add方法底层其实都是arraycopy()来实现的

看到arraycopy()，我们可以发现：该方法是由C/C++来编写的，并不是由Java实现：

总的来说：arraycopy()还是比较可靠高效的一个方法。

参考R大回答：https://www.zhihu.com/question/53749473

1.4 get方法

检查角标
返回元素



   // 检查角标
   private void rangeCheck(int index) {
        if (index >= size)
            throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
    }
    
    // 返回元素
    E elementData(int index) {
        return (E) elementData[index];
    }

1.5 set方法

步骤：

检查角标
替代元素
返回旧值

1.6remove方法

步骤：

检查角标
删除元素
计算出需要移动的个数，并移动
设置为null，让Gc回收

1.7细节再说明

ArrayList是基于动态数组实现的，在增删时候，需要数组的拷贝复制。
ArrayList的默认初始化容量是10，每次扩容时候增加原先容量的一半，也就是变为原来的1.5倍
删除元素时不会减少容量，若希望减少容量则调用trimToSize()
它不是线程安全的。它能存放null值。

参考资料：

二、Vector与ArrayList区别

Vector是jdk1.2的类了，比较老旧的一个集合类。

Vector底层也是数组，与ArrayList最大的区别就是：同步(线程安全)

Vector是同步的，我们可以从方法上就可以看得出来~

在要求非同步的情况下，我们一般都是使用ArrayList来替代Vector的了~

如果想要ArrayList实现同步，可以使用Collections的方法：List list = Collections.synchronizedList(new ArrayList(...));，就可以实现同步了~

还有另一个区别：

ArrayList在底层数组不够用时在原来的基础上扩展0.5倍，Vector是扩展1倍。、

Vector源码的解析可参考：

三、LinkedList解析

LinkedList底层是双向链表~如果对于链表不熟悉的同学可先看看我的单向链表(双向链表的练习我还没做)【Java实现单向链表】

理解了单向链表，双向链表也就不难了。

从结构上，我们还看到了LinkedList实现了Deque接口，因此，我们可以操作LinkedList像操作队列和栈一样~

LinkedList变量就这么几个，因为我们操作单向链表的时候也发现了：有了头结点，其他的数据我们都可以获取得到了。(双向链表也同理)

3.1构造方法

LinkedList的构造方法有两个：

3.2add方法

如果做过链表的练习，对于下面的代码并不陌生的~

add方法实际上就是往链表最后添加元素

    public boolean add(E e) {
        linkLast(e);
        return true;
    }

    void linkLast(E e) {
        final Node<E> l = last;
        final Node<E> newNode = new Node<>(l, e, null);
        last = newNode;
        if (l == null)
            first = newNode;
        else
            l.next = newNode;
        size++;
        modCount++;
    }

3.3remove方法

实际上就是下面那个图的操作：

3.4get方法

可以看到get方法实现就两段代码：

    public E get(int index) {
        checkElementIndex(index);
        return node(index).item;
    }

我们进去看一下具体的实现是怎么样的：

3.5set方法

set方法和get方法其实差不多，根据下标来判断是从头遍历还是从尾遍历

    public E set(int index, E element) {
        checkElementIndex(index);
        Node<E> x = node(index);
        E oldVal = x.item;
        x.item = element;
        return oldVal;
    }

......LinkedList的方法比ArrayList的方法多太多了，这里我就不一一说明了。具体可参考：

四、总结

其实集合的源码看起来并不是很困难，遇到问题可以翻一翻，应该是能够看懂的~

ArrayList、LinkedList、Vector算是在面试题中比较常见的的知识点了。下面我就来做一个简单的总结：

ArrayList：

底层实现是数组
ArrayList的默认初始化容量是10，每次扩容时候增加原先容量的一半，也就是变为原来的1.5倍
在增删时候，需要数组的拷贝复制(navite 方法由C/C++实现)

LinkedList：

底层实现是双向链表[双向链表方便实现往前遍历]

Vector：

底层是数组，现在已少用，被ArrayList替代，原因有两个：
- Vector所有方法都是同步，有性能损失。
- Vector初始length是10 超过length时以100%比率增长，相比于ArrayList更多消耗内存。
- 参考资料：https://www.zhihu.com/question/31948523/answer/113357347

总的来说：查询多用ArrayList，增删多用LinkedList。

ArrayList增删慢不是绝对的(在数量大的情况下，已测试)：

如果增加元素一直是使用add()(增加到末尾)的话，那是ArrayList要快
一直删除末尾的元素也是ArrayList要快【不用复制移动位置】
至于如果删除的是中间的位置的话，还是ArrayList要快！

但一般来说：增删多还是用LinkedList，因为上面的情况是极端的~

参考资料：

https://blog.csdn.net/panweiwei1994/article/details/76555359
https://zhuanlan.zhihu.com/p/28216267
《Core Java》

文章的目录导航：https://zhongfucheng.bitcron.com/post/shou-ji/gong-zhong-hao-wen-zhang-zheng-li

posted @ 2024-10-29 09:22 CharyGao 阅读(10) 评论(0) 编辑收藏举报

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硅基文明

代码改变不了世界，但是改变世界需要代码。

HashMap就是这么简单【源码剖析】+ LIst

前言

一、HashMap剖析

1.1HashMap构造方法

1.2put方法

1.3get方法

1.4remove方法

二、HashMap与Hashtable对比

四、总结

List集合就这么简单【源码剖析】

前言

一、ArrayList解析

1.2构造方法

1.3Add方法

1.3.1add(E e)

1.3.2add(int index, E element)

1.4 get方法

1.5 set方法

1.6remove方法

1.7细节再说明

二、Vector与ArrayList区别

三、LinkedList解析

3.1构造方法

3.2add方法

3.3remove方法

3.4get方法

3.5set方法

四、总结