HashMap和ConcurrentHashMap的区别,HashMap的底层源码
HashMap本质是数组加链表,根据key取得hash值,然后计算出数组下标,如果多个key对应到同一个下标,就用链表串起来,新插入的在前面。
ConcurrentHashMap在HashMap的基础上将数据分为多个segment,默认16个,然后每次操作对一个segment加锁,避免多线程锁的几率,提高并发效率。
1. HashMap的数据结构
HashMap底层就是一个数组结构,数组中存放的是一个Entry对象,如果产生的hash冲突,这时候该位置存储的就是一个链表了。HashMap中Entry类的代码:
static class Entry<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
final K key;
V value;
Entry<K,V> next;
final int hash;
/**
* Creates new entry.
*/
Entry(int h, K k, V v, Entry<K,V> n) {
value = v;
next = n; // hash值冲突后存放在链表的下一个
key = k;
hash = h;
}
.........
}
HashMap其实就是一个Entry数组,Entry对象中包含了键和值,其中next也是一个Entry对象,它就是用来处理hash冲突的,形成一个链表。
2. HashMap源码分析
下面是HashMap类中的一些关键属性:
transient Entry[] table; // 存储元素的实体数组
transient int size; // 存放元素的个数
int threshold; // 临界值,当实际大小超过临界值时,会进行扩容,threshold = loadFactor * 容量
final float loadFactor; // 加载因子
transient int modCount; // 被修改的次数
如果机器内存足够,并且想要提高查询速度的话可以将加载因子设置小一点;相反如果机器内存紧张,并且对查询速度没有什么要求的话可以将加载因子设置大一点。不过一般我们都不用去设置它,让它取默认值0.75就好了。
下面是HashMap的几个构造方法:
1 public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {
2 // 确保数字合法
3 if (initialCapacity < 0)
4 throw new IllegalArgumentException("Illegal initial capacity: " +
5 initialCapacity);
6 if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY)
7 initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY;
8 if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor))
9 throw new IllegalArgumentException("Illegal load factor: " +
10 loadFactor);
11
12 // Find a power of 2 >= initialCapacity
13 int capacity = 1; // 初始容量
14 while (capacity < initialCapacity) // 确保容量为2的n次幂,使capacity为大于initialCapacity的最小的2的n次幂
15 capacity <<= 1;
16
17 this.loadFactor = loadFactor;
18 threshold = (int)(capacity * loadFactor);
19 table = new Entry[capacity];
20 init();
21 }
22
23 public HashMap(int initialCapacity) {
24 this(initialCapacity, DEFAULT_LOAD_FACTOR);
25 }
26
27 public HashMap() {
28 this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR;
29 threshold = (int)(DEFAULT_INITIAL_CAPACITY * DEFAULT_LOAD_FACTOR);
30 table = new Entry[DEFAULT_INITIAL_CAPACITY];
31 init();
32 }
默认初始容量为16,加载因子为0.75。上面代码中13-15行,这段代码的作用是确保容量为2的n次幂,使capacity为大于initialCapacity的最小的2的n次幂。
下面看看HashMap存储数据的过程是怎样的,首先看看HashMap的put方法:
1 public V put(K key, V value) {
2 if (key == null) // 如果键为null的话,调用putForNullKey(value)
3 return putForNullKey(value);
4 int hash = hash(key.hashCode()); // 根据键的hashCode计算hash码
5 int i = indexFor(hash, table.length);
6 for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) { // 处理冲突的,如果hash值相同,则在该位置用链表存储
7 Object k;
8 if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) { //如果key相同则覆盖并返回旧值
9 V oldValue = e.value;
10 e.value = value;
11 e.recordAccess(this);
12 return oldValue;
13 }
14 }
15
16 modCount++;
17 addEntry(hash, key, value, i);
18 return null;
19 }
当我们往HashMap中put元素的时候,先根据key的hash值得到这个元素在数组中的位置,然后就可以把这个元素放到对应的位置中了。如果这个元素所在的位子上已经存放有其他元素了,那么在同一个位子上的元素将以链表的形式存放,新加入的放在链头,最先加入的放在链尾。从HashMap中get元素时,首先计算key的hashcode,找到数组中对应位置的某一元素,然后通过key的equals方法在对应位置的链表中找到需要的元素。具体的实现是:当你的key为null时,会调用putForNullKey,HashMap允许key为null,这样的对象是放在table[0]中。如果不为空,则调用int hash = hash(key.hashCode());这是HashMap的一个自定义的hash方法,在key.hashCode()基础上进行二次hash,源码如下:
static int hash(int h) {
h ^= (h >>> 20) ^ (h >>> 12);
return h ^ (h >>> 7) ^ (h >>> 4);
}
得到hash码之后就会通过hash码去计算出应该存储在数组中的索引,计算索引的函数如下:
static int indexFor(int h, int length) {
return h & (length-1);
}
它通过 h & (table.length-1) 来得到该对象的保存位,而HashMap底层数组的长度总是 2 的n 次方,这是HashMap在速度上的优化。当length总是 2 的n次方时,h & (length-1)运算等价于对length取模,也就是h % length,但是&比%具有更高的效率。当数组长度为2的n次幂的时候,不同的key算出的index相同的几率较小,那么数据在数组上分布就比较均匀,也就是说碰撞的几率小,相对的,查询的时候就不用遍历某个位置上的链表,这样查询效率也就较高了。
下面继续回到put方法里面,前面已经计算出索引的值了,看到第6到14行,如果数组中该索引的位置的链表已经存在key相同的对象,则将其覆盖掉并返回原先的值。如果没有与key相同的键,则调用addEntry方法创建一个Entry对象,addEntry方法如下:
1 void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
2 Entry<K,V> e = table[bucketIndex]; // 如果要加入的位置有值,将该位置原先的值设置为新entry的next,也就是新entry链表的下一个节点
3 table[bucketIndex] = new Entry<>(hash, key, value, e);
4 if (size++ >= threshold) // 如果大于临界值就扩容
5 resize(2 * table.length); // 以2的倍数扩容
6 }
参数bucketIndex就是indexFor函数计算出来的索引值,第2行代码是取得数组中索引为bucketIndex的Entry对象,第3行就是用hash、key、value构建一个新的Entry对象放到索引为bucketIndex的位置,并且将该位置原先的对象设置为新对象的next构成链表。第4行和第5行就是判断put后size是否达到了临界值threshold,如果达到了临界值就要进行扩容,HashMap扩容是扩为原来的两倍。resize()方法如下:
1 void resize(int newCapacity) {
2 Entry[] oldTable = table;
3 int oldCapacity = oldTable.length;
4 if (oldCapacity == MAXIMUM_CAPACITY) {
5 threshold = Integer.MAX_VALUE;
6 return;
7 }
8
9 Entry[] newTable = new Entry[newCapacity];
10 transfer(newTable); // 用来将原先table的元素全部移到newTable里面
11 table = newTable; // 再将newTable赋值给table
12 threshold = (int)(newCapacity * loadFactor); // 重新计算临界值
13 }
扩容是需要进行数组复制的,上面代码中第10行为复制数组,复制数组是非常消耗性能的操作,所以如果我们已经预知HashMap中元素的个数,那么预设元素的个数能够有效的提高HashMap的性能。下面是get方法的源码:
public V get(Object key) {
if (key == null)
return getForNullKey();
int hash = hash(key.hashCode());
// 找到数组的下标,进行遍历
for (Entry<K,V> e = table[indexFor(hash, table.length)]; e != null; e = e.next) {
Object k;
if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k)))
return e.value; // 找到则返回
}
return null; // 否则,返回null
}