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java_HashMap(一)

java_HashMap(一)

作者: 巧克力er | 来源:发表于2017-10-27 16:00 被阅读0次

public class HashMap<k,v> extends AbstractMap<k,v> implements Map<k,v>, Cloneable, Serializable {

Map并不是继承自Collection接口

. 继承:

AbstractMap<k,v>

抽象类中提供了一些实现的方法,后面的子类中如果没有特殊的实现细节,可以直接使用AbstractMap中的方法。

.实现:

Map<k,v> 

Map接口实现图

这里实现的Map接口,java的设计中通常既然继承了AbstractMap,那么就没有必要实现Map接口,所以这里在Stack Overfloooow中解释的意思是为了让阅读者明确知道HapMap来自Map

Cloneable

Cloneable这个接口设计时并没有clone()方法,所以在我们实现这个接口的时候需要重写clone()方法,

Serializable

表明HashMap对象是可以被序列化的。

设计理念

HashMap是基于hash表(hashtable)实现的,hash表又叫关联数组,所以HashMap的底层是一个数组,一种键值对数据结构,键是不可以重复的,这里说下HashMap键值对的报存过程,key在经过hash函数作用后会生成一个对应值槽的索引,但是在不同的key经过hash函数处理的时候可能会的到相同的索引,因此会产生重复的情况,因此:

. 设计一个好的hash函数可以尽可能的减少冲突的发生,

.其次是解决如果冲突发生后怎么解决这个冲突。

HashMap的特点:

☆ 与HashMap对应的是HashTable,相比较而言,HashTable是线程安全的,HashMap是允许键值都是null的,但是相反的是HashTable中键值都是部允许为null的,

☆HashMap是无序的,并且随着世间的推移可能会出现某一个元素的位置可能会改变      (resize) 意思就是重新计算容量,  这里涉及到HashMap的扩容机制,既然HashMap的底层是一个数组那么可想而知在java中数组的扩容原理:重新建立一个容量更大的数组,把原来的数组copy到新的数组中即可,其实HashMap的扩容机制也是大相径庭,(ps:HashMap 的初始容量为16,一旦需要扩容的时候会扩大到原来的2倍)关于HashMap的扩容机制在下一段落中会详细介绍。

源码解析

构造函数

HashMap在设计之处的时候提供了四个构造函数:

//initialCapcity :初始化容量;

//laodFactor :平衡因子;

在代码中可以看见,HashMap对这两个值都是有默认值的设计:初始化容量为16,平衡因子为0.75;至于平衡因子为什么会选择0.75,JDK中说是平衡了时间和空间因素的最好取值。

这里解释下平衡因子这个东西:平衡因子表示Hash表中元素填满的程度,前面说到了每一个key在存入的时候都会经过hash函数生成一个对应的下表,如果说平衡因子越大,也就是hash表的填满程度越大,这样出现hash冲突的可能性就会越大,在做查找的时候就会花费大量的世间。但是相反的是如果平衡因子越小,这样空间的利用率就会降低,出现内存浪费的情况。所以说,楼主觉得JDK说是平衡了 时间和空间的因素的最好取值还是有道理的O^O。

HashMap的构造函数

Hash函数设计

前面一直说到的hash函数,以及一个好的hash函数,可以降低hash冲突的发生,那么HashMap中的hash函数是怎么设计的呢?(这里是JDK1.8的hash函数,每个版本的JDK中的hash函数设计的是不一样的)

HashMap中的hash函数

可以看见代码的直接意思就是:如果传入的key 为null那么直接返回0,如果不是null那么就是返回原hash值和原hash值的无符号右移16位的异或结果,(这里相比较JDK之前的版本hash函数的设计变得简单了很多)。

为什么要这么设计呢?

一个数右移16位,也就是说任何一个小于2的16次方的数向右移16位都会变成0,在异或运中我们知道任何一个数在和0做异或运算的时候都会返回起本身的值(0^1—>1;0^0—>0),那么就很好理解了代码中在做异或运算的右边只有在大于2的16次方的时候才会重新计算hash值。否则都会直接返回原来的hash值。

说了半天好像没说到关于这样设计的好处在哪里。下面说下这样设计的原理:

首先java中int为4个字节也就是2的32次方,这里先看一张图片:

hash函数运算原理图

为了降低hash的冲突在JDK1.8中hash函数的设计中,使用了移位异或运算,原来的hash值和右移16位的hash值在做异或运算(右位移16位,正好是32bit的一半,自己的高半区和低半区做异或,就是为了混合原始哈希码的高位和低位,以此来加大低位的随机性),这样子出现相同的hash值得概率得到了极大的降低。ps:不得不说这种设计的方式是真滴【皮】!!

HashMap.Entry

在JDK1.8中HashMap存放对象的是Node<K,V> 他继承自Map.Entry<K,V>。

Node<K,V>源码图

可以看出来Entry<K,V>实际上实现了一个单向链表的功能。JDK1.8中使用的是Node<K,V>的静态内部类,

说到Entry<K,V>这里有必要说下HashMap的遍历方法。。。。。。。

HashMap的遍历

HashMap的遍历方式有很多种,这里主要说两种方式的遍历:

①,keySet()这种遍历方式是最普遍的使用方式,但是并不是最好的选择,

Map<K,V> map = new hashMap<K,V>();

for(K key : map.keySet()){

       sysout("key = " + key + ";"+ "value = " + map.get(key));

}

②,entrySet() 在JDK1.8中这里其实是Map.Entry<K,V>实现了AbstrarctMap<Map.Entry<K,V>>

       这种方式也是最快的遍历方式下面会解释这里使用EntrySet遍历为什么是最快的(相比较)

Map<K,V> map = new HashMap<K,V>();

for(Map.Entry<K,V> node : map.entrySet()){

       sysout("key  = " + node.getKey() + "value = " +  node.getValue());

}

③,这里顺便说一下在JDK1.8中新添加forEach()用来遍历集合(forEach()并不推荐使用)

Mapmap = new HashMap();

map.put("1", "aa");

map.put("2", "bb");

map.forEach((k,v) -> System.out.println("k =" + k + "value = " + v));

在数据量很大的时候推荐使用EntrySet遍历Map

SS:在使用keySet遍历map的时候其实是遍历了两次,分别遍历了键和值,相比较而言EntrySet使用一次遍历直接获得了Entry(里面包括了key和value),因此推荐使用EntrySet来遍历

get()操作

public V get(Object key){

    //单独处理key为null的情况,这里页证实了HashMap中是允许键为null的情况

    if (key ==null){

         return getForNullKey ();

    }

    Entry entry = getEntry(key);

     return null== entry ?null: entry.getValue();

}

private V getForNullKey(){

    if(size ==0) {

        return null;

     }

   //key为null的Entry用于放在table[0]中,但是在table[0]冲突链中的Entry的key不一定为     null

   //所以需要遍历冲突链,查找key是否存在

    for(Entry e = table[0]; e !=null; e = e.next) {

        if(e.key ==null){

            returne.value;

          }

    }

return null;

}

final EntrygetEntry(Object key){

    if(size ==0) {

        returnnull;

    }

    int hash = (key ==null) ?0: hash(key);

    //首先定位到索引在table中的位置

    //然后遍历冲突链,查找key是否存在

    for(Entry e = table[indexFor(hash, table.length)];

    e !=null;

    e = e.next) {

        Object k;

        if(e.hash == hash &&((k = e.key) == key || (key !=null&& key.equals(k)))){

            return e;

        }

  }

 return null;

}

第一篇先到这里,

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