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这篇CFSDN的博客文章HashMap工作原理_动力节点Java学院整理由作者收集整理,如果你对这篇文章有兴趣,记得点赞哟.
实际上,HashSet 和 HashMap 之间有很多相似之处,对于 HashSet 而言,系统采用 Hash 算法决定集合元素的存储位置,这样可以保证能快速存、取集合元素;对于 HashMap 而言,系统 key-value 当成一个整体进行处理,系统总是根据 Hash 算法来计算 key-value 的存储位置,这样可以保证能快速存、取 Map 的 key-value 对.
在介绍集合存储之前需要指出一点:虽然集合号称存储的是Java 对象,但实际上并不会真正将 Java 对象放入 Set 集合中,只是在 Set 集合中保留这些对象的引用而言。也就是说:Java 集合实际上是多个引用变量所组成的集合,这些引用变量指向实际的 Java 对象。就像引用类型的数组一样,当我们把 Java 对象放入数组之时,并不是真正的把 Java 对象放入数组中,只是把对象的引用放入数组中,每个数组元素都是一个引用变量.
HashMap存储的实现(put()方法) 。
当程序试图将多个key-value放入HashMap中是,以如下代码片段为例:
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HashMap<String , Double> map =
new
HashMap<String , Double>();
map.put(
"语文"
,
80.0
);
map.put(
"数学"
,
89.0
);
map.put(
"英语"
,
78.2
);
|
HashMap采用了一种所谓的“Hash算法”来决定每个元素的存储位置.
当程序执行map.put("语文",80.0)时,系统将调用"语文"(即Key)的hashCode()方法得到其hashCode值---每个java对象都有hashCode()方法,都可以通过该方法获得它的hashCode值。得到这个对象的hashCode值之后,系统根据hashCode值来决定 该元素的存储位置.
我们可以看HashMap类的put(K key,V value)方法的源代码:
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public
V put(K key, V value)
{
// 如果 key 为 null,调用 putForNullKey 方法进行处理
if
(key ==
null
)
return
putForNullKey(value);
// 根据 key 的 keyCode 计算 Hash 值
int
hash = hash(key.hashCode());
// 搜索指定 hash 值在对应 table 中的索引
int
i = indexFor(hash, table.length);
// 如果 i 索引处的 Entry 不为 null,通过循环不断遍历 e 元素的下一个元素
for
(Entry<K,V> e = table[i]; e !=
null
; e = e.next)
{
Object k;
// 找到指定 key 与需要放入的 key 相等(hash 值相同
// 通过 equals 比较放回 true)
if
(e.hash == hash && ((k = e.key) == key
|| key.equals(k)))
{
V oldValue = e.value;
e.value = value;
e.recordAccess(
this
);
return
oldValue;
}
}
// 如果 i 索引处的 Entry 为 null,表明此处还没有 Entry
modCount++;
// 将 key、value 添加到 i 索引处
addEntry(hash, key, value, i);
return
null
;
}
|
上面程序中用到了一个重要的内部接口:Map.Entry,每个 Map.Entry 其实就是一个 key-value 对。从上面程序中可以看出:当系统决定存储 HashMap 中的 key-value 对时,完全没有考虑 Entry 中的 value,仅仅只是根据 key 来计算并决定每个 Entry 的存储位置。这也说明了前面的结论:我们完全可以把 Map 集合中的 value 当成 key 的附属,当系统决定了 key 的存储位置之后,value 随之保存在那里即可.
上面方法提供了一个根据 hashCode() 返回值来计算 Hash 码的方法:hash(),这个方法是一个纯粹的数学计算,其方法如下:
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static
int
hash(
int
h)
{
h ^= (h >>>
20
) ^ (h >>>
12
);
return
h ^ (h >>>
7
) ^ (h >>>
4
);
}
|
对于任意给定的对象,只要它的 hashCode() 返回值相同,那么程序调用 hash(int h) 方法所计算得到的 Hash 码值总是相同的。接下来程序会调用 indexFor(int h, int length) 方法来计算该对象应该保存在 table 数组的哪个索引处。 。
indexFor(int h, int length) 方法的代码如下:
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static
int
indexFor(
int
h,
int
length)
{
return
h & (length-
1
);
}
|
这个方法非常巧妙,它总是通过 h &(table.length -1) 来得到该对象的保存位置——而 HashMap 底层数组的长度总是 2 的 n 次方,这一点可参看后面关于 HashMap 构造器的介绍.
当 length 总是 2 的倍数时,h & (length-1)将是一个非常巧妙的设计:假设 h=5,length=16, 那么 h & length - 1 将得到 5;如果 h=6,length=16, 那么 h & length - 1 将得到 6 ……如果 h=15,length=16, 那么 h & length - 1 将得到 15;但是当 h=16 时 , length=16 时,那么 h & length - 1 将得到 0 了;当 h=17 时 , length=16 时,那么 h & length - 1 将得到 1 了……这样保证计算得到的索引值总是位于 table 数组的索引之内.
根据上面 put 方法的源代码可以看出,当程序试图将一个 key-value 对放入 HashMap 中时,程序首先根据该 key 的 hashCode() 返回值决定该 Entry 的存储位置:如果两个 Entry 的 key 的 hashCode() 返回值相同,那它们的存储位置相同。如果这两个 Entry 的 key 通过 equals 比较返回 true,新添加 Entry 的 value 将覆盖集合中原有 Entry 的 value,但 key 不会覆盖。如果这两个 Entry 的 key 通过 equals 比较返回 false,新添加的 Entry 将与集合中原有 Entry 形成 Entry 链,而且新添加的 Entry 位于 Entry 链的头部——具体说明继续看 addEntry() 方法的说明.
当向 HashMap 中添加 key-value 对,由其 key 的 hashCode() 返回值决定该 key-value 对(就是 Entry 对象)的存储位置。当两个 Entry 对象的 key 的 hashCode() 返回值相同时,将由 key 通过 eqauls() 比较值决定是采用覆盖行为(返回 true),还是产生 Entry 链(返回 false).
上面程序中还调用了 addEntry(hash, key, value, i); 代码,其中 addEntry 是 HashMap 提供的一个包访问权限的方法,该方法仅用于添加一个 key-value 对。下面是该方法的代码:
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void
addEntry(
int
hash, K key, V value,
int
bucketIndex)
{
// 获取指定 bucketIndex 索引处的 Entry
Entry<K,V> e = table[bucketIndex];
// ①
// 将新创建的 Entry 放入 bucketIndex 索引处,并让新的 Entry 指向原来的 Entry
table[bucketIndex] =
new
Entry<K,V>(hash, key, value, e);
// 如果 Map 中的 key-value 对的数量超过了极限
if
(size++ >= threshold)
// 把 table 对象的长度扩充到 2 倍。
resize(
2
* table.length);
// ②
}
|
上面方法的代码很简单,但其中包含了一个非常优雅的设计:系统总是将新添加的 Entry 对象放入 table 数组的 bucketIndex 索引处——如果 bucketIndex 索引处已经有了一个 Entry 对象,那新添加的 Entry 对象指向原有的 Entry 对象(产生一个 Entry 链),如果 bucketIndex 索引处没有 Entry 对象,也就是上面程序①号代码的 e 变量是 null,也就是新放入的 Entry 对象指向 null,也就是没有产生 Entry 链.
什么是Map.Entry?
Map是java中的接口,Map.Entry是Map的一个内部接口。 。
Map提供了一些常用方法,如keySet()、entrySet()等方法,keySet()方法返回值是Map中key值的集合;entrySet()的返回值也是返回一个Set集合,此集合的类型为Map.Entry。 。
Map.Entry是Map声明的一个内部接口,此接口为泛型,定义为Entry<K,V>。它表示Map中的一个实体(一个key-value对)。接口中有getKey(),getValue方法。 。
由以上可以得出,遍历Map的常用方法: 。
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. Map map =
new
HashMap();
Irerator iterator = map.entrySet().iterator();
while
(iterator.hasNext()) {
Map.Entry entry = iterator.next();
Object key = entry.getKey();
//
}
2
.Map map =
new
HashMap();
Set keySet= map.keySet();
Irerator iterator = keySet.iterator;
while
(iterator.hasNext()) {
Object key = iterator.next();
Object value = map.get(key);
//
}
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另外,还有一种遍历方法是,单纯的遍历value值,Map有一个values方法,返回的是value的Collection集合。通过遍历collection也可以遍历value,如 。
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Map map =
new
HashMap();
Collection c = map.values();
Iterator iterator = c.iterator();
while
(iterator.hasNext()) {
Object value = iterator.next();
}
|
Map.Entry是Map内部定义的一个接口,专门用来保存key→value的内容。Map.Entry的定义如下:
1. public static interface Map.Entry<K,V> 。
Map.Entry是使用static关键字声明的内部接口,此接口可以由外部通过"外部类.内部类"的形式直接调用。 Map.Entry接口的常用方法 。
序号
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方
法
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类型
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描
述
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1
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public boolean equals(Object o)
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普通
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对象比较
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2
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public K getKey()
|
普通
|
取得key
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3
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public V getValue()
|
普通
|
取得value
|
4
|
public int hashCode()
|
普通
|
返回哈希码
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5
|
public V setValue(V value)
|
普通
|
设置value的值
|
从之前的内容可以知道,在Map的操作中,所有的内容都是通过key→value的形式保存数据的,那么对于集合来讲,实际上是将key→value的数据保存在了Map.Entry的实例之后,再在Map集合中插入的是一个Map.Entry的实例化对象,如下图所示。 。
提示:Map.Entry在集合输出时会使用到.
在一般的Map操作中(例如,增加或取出数据等操作)不用去管Map.Entry接口,但是在将Map中的数据全部输出时就必须使用Map.Entry接口 。
当 HashMap 的每个 bucket 里存储的 Entry 只是单个 Entry ——也就是没有通过指针产生 Entry 链时,此时的 HashMap 具有最好的性能:当程序通过 key 取出对应 value 时,系统只要先计算出该 key 的 hashCode() 返回值,在根据该 hashCode 返回值找出该 key 在 table 数组中的索引,然后取出该索引处的 Entry,最后返回该 key 对应的 value 即可。看 HashMap 类的 get(K key) 方法代码:
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public
V get(Object key)
{
// 如果 key 是 null,调用 getForNullKey 取出对应的 value
if
(key ==
null
)
return
getForNullKey();
// 根据该 key 的 hashCode 值计算它的 hash 码
int
hash = hash(key.hashCode());
// 直接取出 table 数组中指定索引处的值,
for
(Entry<K,V> e = table[indexFor(hash, table.length)];
e !=
null
;
// 搜索该 Entry 链的下一个 Entr
e = e.next)
// ①
{
Object k;
// 如果该 Entry 的 key 与被搜索 key 相同
if
(e.hash == hash && ((k = e.key) == key
|| key.equals(k)))
return
e.value;
}
return
null
;
}
|
从上面代码中可以看出,如果 HashMap 的每个 bucket 里只有一个 Entry 时,HashMap 可以根据索引、快速地取出该 bucket 里的 Entry;在发生“Hash 冲突”的情况下,单个 bucket 里存储的不是一个 Entry,而是一个 Entry 链,系统只能必须按顺序遍历每个 Entry,直到找到想搜索的 Entry 为止——如果恰好要搜索的 Entry 位于该 Entry 链的最末端(该 Entry 是最早放入该 bucket 中),那系统必须循环到最后才能找到该元素。 归纳起来简单地说,HashMap 在底层将 key-value 当成一个整体进行处理,这个整体就是一个 Entry 对象。HashMap 底层采用 。
一个 Entry[] 数组来保存所有的 key-value 对,当需要存储一个 Entry 对象时,会根据 Hash 算法来决定其存储位置;当需要取出一个 Entry 时,也会根据 Hash 算法找到其存储位置,直接取出该 Entry。由此可见:HashMap 之所以能快速存、取它所包含的 Entry,完全类似于现实生活中母亲从小教我们的:不同的东西要放在不同的位置,需要时才能快速找到它。 当创建 HashMap 时,有一个默认的负载因子(load factor),其默认值为 0.75,这是时间和空间成本上一种折衷:增大负载因子可以减少 Hash 表(就是那个 Entry 数组)所占用的内存空间,但会增加查询数据的时间开销,而查询是最频繁的的操作(HashMap 的 get() 与 put() 方法都要用到查询);减小负载因子会提高数据查询的性能,但会增加 Hash 表所占用的内存空间.
掌握了上面知识之后,我们可以在创建 HashMap 时根据实际需要适当地调整 load factor 的值;如果程序比较关心空间开销、内存比较紧张,可以适当地增加负载因子;如果程序比较关心时间开销,内存比较宽裕则可以适当的减少负载因子。通常情况下,程序员无需改变负载因子的值.
如果开始就知道 HashMap 会保存多个 key-value 对,可以在创建时就使用较大的初始化容量,如果 HashMap 中 Entry 的数量一直不会超过极限容量(capacity * load factor),HashMap 就无需调用 resize() 方法重新分配 table 数组,从而保证较好的性能。当然,开始就将初始容量设置太高可能会浪费空间(系统需要创建一个长度为 capacity 的 Entry 数组),因此创建 HashMap 时初始化容量设置也需要小心对待.
以上所述是小编给大家介绍的HashMap工作原理,希望对大家有所帮助,如果大家有任何疑问请给我留言,小编会及时回复大家的。在此也非常感谢大家对我网站的支持! 。
最后此篇关于HashMap工作原理_动力节点Java学院整理的文章就讲到这里了,如果你想了解更多关于HashMap工作原理_动力节点Java学院整理的内容请搜索CFSDN的文章或继续浏览相关文章,希望大家以后支持我的博客! 。
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