HashMap 你真的了解吗?
一. hashmap简介
HashMap是基于哈希表的Map接口的非同步实现。此实现提供所有可选的映射操作,并允许使用null值和null键。此类不保证映射的顺序,特别是它不保证该顺序恒久不变。
HashMap 是一个散列表,它存储的内容是键值对(key-value)映射。
HashMap 继承于AbstractMap,实现了Map、Cloneable、java.io.Serializable接口。
HashMap 的实现不是同步的,这意味着它不是线程安全的。它的key、value都可以为null。此外,HashMap中的映射不是有序的。
HashMap 的实例有两个参数影响其性能:“初始容量” 和 “加载因子”。容量 是哈希表中桶的数量,初始容量 只是哈希表在创建时的容量。加载因子 是哈希表在其容量自动增加之前可以达到多满的一种尺度。当哈希表中的条目数超出了加载因子与当前容量的乘积时,则要对该哈希表进行 rehash 操作(即重建内部数据结构),从而哈希表将具有大约两倍的桶数。
通常,默认加载因子是 0.75, 这是在时间和空间成本上寻求一种折衷。加载因子过高虽然减少了空间开销,但同时也增加了查询成本(在大多数 HashMap 类的操作中,包括 get 和 put 操作,都反映了这一点)。在设置初始容量时应该考虑到映射中所需的条目数及其加载因子,以便最大限度地减少 rehash 操作次数。如果初始容量大于最大条目数除以加载因子,则不会发生 rehash 操作。
二. hashmap数据结构
大概了解hashmap之后,知道了hashmap的键值对映射,知道了hashmap的线程不安全,知道了hashmap的put,get方法。觉得自己足够了解hashmap了吗?并不是,接着,让我们先去了解一下hashmap的底层数据结构。
首先,ArrayList和LinkedList的数据结构我们非常了解
ArrayList :
>ArrayList 底层数据结构是数组,查询效率比较高,增删效率比较低。
可以参照一下Arraylist的源码,可以看出Arraylist的数据结构为数组
public void add(int index, E element) {rangeCheckForAdd(index);ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!!System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,size - index);elementData[index] = element;size++;}
LinkedList:
LinkedList 底层数据是链表(双向链表),查询效率比较低,增删效率比较高。
源码验证:可以看出LinkedList为双向链表结构
1 private static class Node<E> {
2 //数据
3 E item;
4 //后面数据
5 Node<E> next;
6 //前面数据
7 Node<E> prev;
8
9 Node(Node<E> prev, E element, Node<E> next) {
10 this.item = element;
11 this.next = next;
12 this.prev = prev;
13 }
14 }
由此看来,ArrayList查询速度快,增删慢,LinkedList查询速度慢,增删快,那么,如果我们想查询速度快并且增删慢的话,将两种数据结构相结合,就是我们要讲的HashMap
HashMap : 数组 + 链表
在这样的数据结构中,如果我们想存放数据的话,除了map中一定要有的Key和Value,还要有指向下个单元的next,根据刚才数据结构的分析,可以猜想到Hashmap的存储单元应该是这样的:
Class Node{Key;Value; Node next;
}
让我们带着我们的猜想去看一下HashMap的源码,果然,我们的猜想是正确的,源码如下
/** * Basic hash bin node, used for most entries. (See below for* TreeNode subclass, and in LinkedHashMap for its Entry subclass.) ** 基本的hash存储单元
/static class Node<K,V> implements Map.Entry<K,V> { final int hash; final K key;V value;Node<K,V> next;Node(int hash, K key, V value, Node<K,V> next) { this.hash = hash; this.key = key; this.value = value; this.next = next;} public final K getKey() { return key; } public final V getValue() { return value; } public final String toString() { return key + "=" + value; } public final int hashCode() { return Objects.hashCode(key) ^ Objects.hashCode(value);} public final V setValue(V newValue) {V oldValue = value;value = newValue; return oldValue;} public final boolean equals(Object o) { if (o == this) return true; if (o instanceof Map.Entry) {Map.Entry<?,?> e = (Map.Entry<?,?>)o; if (Objects.equals(key, e.getKey()) && Objects.equals(value, e.getValue())) return true;} return false;}}
大家看到源码中的变量,正如我们所猜想的一样,有Key、Value还有Node<K,V> next,然后我们发现还有一个变量int hash我们不太清楚,这个等下再提。
那么,在HashMap中,数组和链表究竟是怎样表示的?在源码中是如何体现的呢?我们接着去猜想验证。
1. 数组的表示
平时我们表示数组,如字符串数组,是String[],整型数组是Integer[],那在HashMap中,他的基本单元是node,那假如我们是HashMap的源码编写人员,那么我们可以写成
Node[] table;
table是我们随意取的变量值。接着,我们去源码中去看看在HashMap中数组是如何定义表示的:
/** * The table, initialized on first use, and resized as* necessary. When allocated, length is always a power of two.* (We also tolerate length zero in some operations to allow* bootstrapping mechanics that are currently not needed.) */transient Node<K,V>[] table;
果然和我们猜想的一样,在HashMap中的数组是以Node<K,V>[]表示的。(transient关键字是不进行序列化的意思)
2. 数组的大小是如何定义设置的呢
初始化大小:
/** * The default initial capacity - MUST be a power of two.必须是2的n次幂 */static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; // aka 16
这里我们可以看到数组的初始化大小为 1 << 4 ,这里是个位运算,1 << 4 是 1000,转化为十进制是16(位运算更快一些)
最大容量:
/** * The maximum capacity, used if a higher value is implicitly specified* by either of the constructors with arguments.* MUST be a power of two <= 1<<30. */static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;
当数组的大小如果不够用了,就要进行扩容。但是并不是全部都用完了再去扩容,如果全部用完再去扩容的话,性能会下降,存取效率也会受到影响。在HashMap中,如果用了数组大小的0.75倍,也就是四分之三的容量之后,就需要扩容
/** * The load factor used when none specified in constructor. */static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;
如数组大小定义为16,当超过12的时候,就要求去进行扩容,那么在HashMap中肯定会有一个值去记录目前占用的空间内存:
/** * The number of key-value mappings contained in this map. */transient int size;
我们用size来记录目前占用的空间内存,大家看一下HashMap中最常用的put方法中有这么一串代码:
if (++size > threshold)resize();
// (The javadoc description is true upon serialization. // Additionally, if the table array has not been allocated, this // field holds the initial array capacity, or zero signifying // DEFAULT_INITIAL_CAPACITY.)int threshold;
这串代码的含义是什么呢?
每当我们往HashMap中put一个值后,size就会增加1,这个threshold我们通过英文注释可以了解到,这个变量就是我们之前说的那个要求扩容的临界值,是现有内存的0.75倍。当现在的内容超过这个临界值时,就需要进行扩容了。
3.链表的长度是如何限制的呢?
让我们去源码中看一下在Hashmap中链表的长度是如何限制的呢?
/** * The bin count threshold for using a tree rather than list for a* bin. Bins are converted to trees when adding an element to a* bin with at least this many nodes. The value must be greater* than 2 and should be at least 8 to mesh with assumptions in* tree removal about conversion back to plain bins upon* shrinkage. */static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8;
在源码中我们可以看到HashMap链表的长度限制为8。但是,通过英文注释我们可以看到,当链表的长度并不是不能超过8,当长度大于8时,数据结构会变形,表现形式就变成了红黑树(JDK1.8之后)。
三. 源码分析
基本的数据结构和Hashmap的设计思想我们已经大概了解了,现在我们要去正式的走近HashMap的源码了
HashMap最核心的代码肯定是我们经常用的put和get方法。
put方法:
/** * Associates the specified value with the specified key in this map.* If the map previously contained a mapping for the key, the old* value is replaced.** @param key key with which the specified value is to be associated* @param value value to be associated with the specified key* @return the previous value associated with <tt>key</tt>, or* <tt>null</tt> if there was no mapping for <tt>key</tt>.* (A <tt>null</tt> return can also indicate that the map* previously associated <tt>null</tt> with <tt>key</tt>.) */public V put(K key, V value) { return putVal(hash(key), key, value, false, true);}
在put方法中,key和value这两个参数我们已经了解了,那么,这个hash(key)是什么含义呢?
首先,我们要先考虑一个问题,每当一个node结点进入HashMap中时,究竟该放入哪里呢?
结论就是:这个key值通过这个hash函数过滤之后的数值就是存放位置的一个标识,让我们去看一下这个hash函数是如何实现的
static final int hash(Object key) {
int h; return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
}
从这里我们可以看出,这个不仅仅是得到key的hashcode值那么简单,还做了一些操作,那么为什么要如此复杂的计算这个数值呢?
这是因为hashcode容易重复,不同的元素存储时容易处在同一个数组的下标位置,还有一个问题,这个hashcode值较大,容易出现数组越界的问题。
这里将hashcode值与他本身向右位移了16位的值做了一个异或。总结一下就是:
hash函数就是将高16位和低16位做一个异或运算,然后得到一个结果来确定node节点的存放位置
作用:尽量让Node落点分布均匀,减少碰撞的一个概率,如果碰撞概率高了,就势必导致数组下标下的链表长度太长。
在这里,我们举个具体的数值去观察一下,一个Key的hashcode如果是3254239,他的高16位不变,与他的低16位做一个异或得到的值为3812。
那我们存放的位置就是table[3812]吗?,显然这个长度太大了,我们还是得去限制一下这个长度,保证这个数组下标的位置在我们定义的数组大小之内。
那么假如我们的数组大小为16的话,我们可以将3812对16取余
3812 % 16 < 16,我们发现,这样去做的话取到的数值一定会小于我们定义的数组大小。那么,在hashmap源码中是这样实现的吗?
n = (tab = resize()).length;
if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
奇怪的是,我们设想的方式是取模,为什么源码中取了(n-1)和hash值的与运算呢?让我们去看一下他们的值是否是等价的。
按照源码中来说,这个数组下标就是 (16 - 1) & 3812 = 15 & 3812,
那么我们就要去证明
15 & 3812 === 3812 % 16
这个是否成立
15用二进制表示是 001111, 那么不管3812的二进制数是什么,他们的与运算的值也永远不会超过15,就是>=15,我们发现这和我们的取模运算的结果是一样的,这是hashmap源码里一个比较精秒的地方。
那为什么要用这种方式呢?
因为与运算要比我们的取模运算速度快,效率高
我们再回过头看一串代码
/** * The default initial capacity - MUST be a power of two. */static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; // aka 16
在这里,为什么要一定强调 数组的大小必须是2的n次幂呢,让我们举个例子来看一下,如果数组的自定义初始化大小为15
那么 15 -1 = 14 ,14用二进制表示就是001110,那么与hash值做了与运算之后,得到的这个数值可能就会大于这个数组大小的规定值,还有就是不论hash值的这位数字是0还是1,得到的这个位数总会是0,那么结点的落点位置就很可能会重叠在一起,所以,这个数组的大小必须是2的n次幂。
那么,2的n次幂减1的二进制数的后几位一定是1吗?我们验证一下
16 15 01111
32 31 011111
64 63 0111111,没有问题
推出: 数组大小不够用了,我希望扩大数组的大小,也要 * 2
做了这么多的铺垫,接下来让我们完整的去看一下HashMap中的put方法
1 /**
2 * Implements Map.put and related methods
3 *
4 * @param hash hash for key
5 * @param key the key
6 * @param value the value to put
7 * @param onlyIfAbsent if true, don't change existing value
8 * @param evict if false, the table is in creation mode.
9 * @return previous value, or null if none
10 */
11 final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,
12 boolean evict) {
13 //定义几个局部变量供接下来使用
14 Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, i;
15 //这里将全局变量table,也就是我们刚才说的数组形式,赋给了局部变量tab
16 if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
17 //如果数组的大小为空,就用resize方法来对数组进行初始化
18 n = (tab = resize()).length;
19 //计算节点的落点位置
20 if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
21 //如果为空则可以放置
22 tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
23 else {
24 //如果数组该位置有节点,则往下压,为链表结构
25 Node<K,V> e; K k;
26 //如果key的值是一样的,则保留老值
27 if (p.hash == hash &&
28 ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
29 e = p;
30 else if (p instanceof TreeNode)
31 //如果发现下面的结构已经是一个二叉树的话,就用红黑树的方式去储存
32 e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
33 else {
34 //遍历链表
35 for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
36 if ((e = p.next) == null) {
37 //如果下一个节点为空,则可以放置
38 p.next = newNode(hash, key, value, null);
39 //如果放置之后正好为8的话,要进行链表向红黑树转化的过程
40 if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st
41 treeifyBin(tab, hash);
42 break;
43 }
44 if (e.hash == hash &&
45 ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
46 break;
47 p = e;
48 }
49 }
50 if (e != null) { // existing mapping for key
51 //key值重复的话,保留老的值
52 V oldValue = e.value;
53 if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
54 e.value = value;
55 afterNodeAccess(e);
56 return oldValue;
57 }
58 }
59 ++modCount;
60 //判断数组的大小是否超过了一个阈值,0.75倍的值
61 if (++size > threshold)
62 //超过大小后重新初始化
63 resize();
64 afterNodeInsertion(evict);
65 return null;
66 }
我们发现这个resize()方法调用了两次,他的作用是:
1.数组的初始化
2.数组的扩容
源码分析:resize()
/** * Initializes or doubles table size. If null, allocates in* accord with initial capacity target held in field threshold.* Otherwise, because we are using power-of-two expansion, the* elements from each bin must either stay at same index, or move* with a power of two offset in the new table.** @return the table */final Node<K,V>[] resize() { //定义数组Node<K,V>[] oldTab = table; //如果数组存在,oldCap代表数组的长度int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length; int oldThr = threshold; int newCap, newThr = 0; if (oldCap > 0) { //如果数组的大小大于0if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) { //如果数组的大小大于最大值,不需要扩容threshold = Integer.MAX_VALUE; return oldTab;} //进行扩容,位运算,相当于乘以2else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY && oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY) //相应的临界值(阈值)也要乘2newThr = oldThr << 1; // double threshold} else if (oldThr > 0) // initial capacity was placed in thresholdnewCap = oldThr; else { // zero initial threshold signifies using defaultsnewCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY;newThr = (int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY);} if (newThr == 0) { float ft = (float)newCap * loadFactor;newThr = (newCap < MAXIMUM_CAPACITY && ft < (float)MAXIMUM_CAPACITY ? (int)ft : Integer.MAX_VALUE);}threshold = newThr;@SuppressWarnings({"rawtypes","unchecked"})Node<K,V>[] newTab = (Node<K,V>[])new Node[newCap]; //扩容之后要把原来的部分数据移到扩容的部分table = newTab; if (oldTab != null) { //遍历之前的节点for (int j = 0; j < oldCap; ++j) {Node<K,V> e; if ((e = oldTab[j]) != null) { //如果该节点不为空,则将他置为空oldTab[j] = null; //判断下面的节点是否为空if (e.next == null) //计算新的落点newTab[e.hash & (newCap - 1)] = e; else if (e instanceof TreeNode) //如果下面是红黑树((TreeNode<K,V>)e).split(this, newTab, j, oldCap); else { // preserve order //如果是链表Node<K,V> loHead = null, loTail = null;Node<K,V> hiHead = null, hiTail = null;Node<K,V> next; //判断链表的下一个是否为空do {next = e.next; if ((e.hash & oldCap) == 0) { //省去了e.hash和oldcap-1 的与操作,如果为0,则hash的第5位是0,则不需要去移动if (loTail == null)loHead = e; else loTail.next = e;loTail = e;} else { //如果需要移动的话if (hiTail == null)hiHead = e; else hiTail.next = e;hiTail = e;}} while ((e = next) != null); if (loTail != null) {loTail.next = null;newTab[j] = loHead;} if (hiTail != null) {hiTail.next = null;newTab[j + oldCap] = hiHead; //链表的移动就是自己所处的位 置加上原来老的容量}}}}} return newTab;}
接着,我们去看了看get方法的源码,发现和put方法大同小异,也是通过key去找到对应的节点,然后根据数组或者红黑树这些结构去判断,然后获取节点的key和value。
分享阿里的一个hashmap的面试题:
通过hashmap的初步了解,到hashmap数据结构的分析,到源码的透彻分析,相信你们对hashmap已经有了充分的了解.
HashMap 你真的了解吗?相关推荐
- HashMap暴力枚举(洛谷P1765题题解,Java语言描述)
前言 本题水题一个,但是这里会结合着提一些HashMap的内容~~但不是什么深度分析,没营养的... 题目要求 P1765题目链接 分析 这题懒得去排着弄,突然就觉得不如打个表,这样还是很简洁滴~~ ...
- 实战系列-HashMap深入剖析
导语 手撕面试官,面试某公司开发的时候被问到了HashMap底层,问到我怀疑人生,不知道是面试官错了还是我错了.我相信是我错了利用下班时间来分析手撕一下HashMap. 通过手撕源码加上实验来 ...
- Java , HashMap与Big-man
Java之HashMap 我的机遇: 一个非常偶然的机会我结识到了hashMap, 我真的是欣喜若狂,所以我需要静下心来写好我对于它的认识,以此来表达我对于它的崇拜. hashMap的来源: hash ...
- fst 共享后缀_FST源代码解读1——FST是什么
在之前研究IK的时候,看了他存储词典的格式,接触到了前缀树这种数据结构,他的好处是可以共享前缀,但是并不能共享后缀,而FST就能共享后缀,实现更加高效的存储或者查找.当然FST比前缀树添加了一个要求: ...
- hashmap是有序还是无序_说实话,你要是看完这篇 HashMap ,和面试官扯皮真的就没问题了!
文章来源:看完这篇 HashMap ,和面试官扯皮就没问题了 原文作者:cxuan 来源平台:微信公众号 (如果你没有时间细抠本文,可以直接看 HashMap 概述,能让你对 HashMap 有个大致 ...
- HashMap的底层原理你真的知道?
HashMap的底层实现原理是面试中出现频率非常高的一道面试题,本文将对HashMap的底层实现原理做一个简要的概况和总结,便于复习. 一.对于Map集合存储结构的理解 首先介绍以HashMap为典型 ...
- android 设置setmultichoiceitems设置初始化勾选_阿里巴巴Java开发手册建议创建HashMap时设置初始化容量,但是多少合适呢?...
集合是Java开发日常开发中经常会使用到的,而作为一种典型的K-V结构的数据结构,HashMap对于Java开发者一定不陌生. 关于HashMap,很多人都对他有一些基本的了解,比如他和hashtab ...
- java8中谨慎使用实数作为HashMap的key
欢迎关注方志朋的博客,回复"666"获面试宝典 来源:https://blog.csdn.net/qq_30219017/article/details/79689492 1.起因 ...
- 盘点 HashMap 源码中的那些优雅的设计!
以下文章来源方志朋的博客,回复"666"获面试宝典 一.HashMap构造器 HashMap总共给我们提供了三个构造器来创建HashMap对象. 1.无参构造函数public Ha ...
最新文章
- 用于3D重构的深层隐式移动最小二乘函数(CVPR 2021)
- MaxCompute助力ofo实现精细化运营:日订单超3200万、整体运行效率提升76%
- 网络盒子android系统版本怎样刷机,咪咕盒子MG100强制刷机rom固件安卓系统包_刷机教程...
- VTK:Utilities之WindowModifiedEvent
- ssh中的相对路径与绝对路径的问题
- css 背景图怎么设置自动填充满_CSS属性设置 -- 背景样式
- 数学建模之图论——图与网络模型(一)(基本概念和最短路问题,附MATLAB源码)
- 发布一个mmap的trie_midrmm02_新浪博客
- php编写大型网站问题集
- 计算机软件被删了,电脑软件被我不小心删了怎么处理
- Selenium2 + Python3.6实战(五):生成HTML测试报告 Invalid argument
- 耳机频谱曲线测试软件,通过耳机频响曲线来调EQ,免费的音质提升你要吗?
- YYText实现图文混排静态图和动态图同时显示
- 档案盒正面标签制作_使用WORD制作档案盒侧面标签方法
- 完美解决异常问题UnicodeEncodeError: ‘ascii‘ codec can‘t encode characters in position 0-7: ordinal not in ra
- VirtualDub在处理WMV文件时显示“MISSING CODEC”怎么办
- 样本量重要,还是测序深度重要?
- 2-10-Mysql认实和搭建LAMP环境部署Ucenter和Ucenter-home网站
- 【摄影补光灯调光驱动方案】低亮度无频闪无抖动无极调光调色IC芯片 LED美颜灯升压恒流芯片FP7209 最大可驱动300W
- 手机网上订货下单软件|移讯云订货通企业订货管理系统介绍
热门文章
- k8s集群搭建教程(centos k8s搭建)
- linux内核网络协议栈--数据包的接收过程(二十)
- matlab paticalcoff,关于DOA估计中加权前后向空间平滑算法的仿真问题
- threejs加载obj模型_Vulkan编程指南(章节31-载入模型)
- 广域网结构和我国通信网的构成
- React.js 小书 Lesson5 - React.js 基本环境安装
- Facebook Messenger要点燃聊天机器人革命,据说四月就发布!
- Oracle ASM 翻译系列第七弹:高级知识 How many partners?
- 一个有趣的算法问题:如何定义一个分数类
- Report_客制化Excel报表中的XLS标记(案例)