这里有新鲜出炉的 Java 并发编程示例,程序狗速度看过来!
java 是一种可以撰写跨平台应用软件的面向对象的程序设计语言,是由 Sun Microsystems 公司于 1995 年 5 月推出的 Java 程序设计语言和 Java 平台(即 JavaEE(j2ee), JavaME(j2me), JavaSE(j2se))的总称。
这篇文章主要介绍了 HashMap 工作原理_动力节点 Java 学院整理, 需要的朋友可以参考下
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:
- 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:
- 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:
- 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:
- 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:
- 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
由以上可以得出,遍历 Map 的常用方法:
- 1.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);
- //
- }
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
- 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
|
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)
|
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
|
3
|
public V getValue()
|
普通
|
取得 value
|
4
|
public int hashCode()
|
普通
|
返回哈希码
|
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:
- 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 PHPERZ 网站的支持!
来源: http://www.phperz.com/article/17/1221/357354.html