Table of Contents

  1. HashMap数据结构
    1. 数组
    2. 链表
    3. 哈希表
  2. put
  3. get
  4. 初始大小
  5. rehash
  6. Fail-Fast 机制
  7. HashMap 的两种遍历方式


参考:

HashMap数据结构

数组

数组存储区间是连续的,占用内存严重,故空间复杂的很大。但数组的二分查找时间复杂度小,为O(1);数组的特点是:寻址容易,插入和删除困难;

链表

链表存储区间离散,占用内存比较宽松,故空间复杂度很小,但时间复杂度很大,达O(N)。链表的特点是:寻址困难,插入和删除容易。

哈希表

首先HashMap里面实现一个静态内部类Entry,其重要的属性有 key , value, next,从属性key,value我们就能很明显的看出来Entry就是HashMap键值对实现的一个基础bean,我们上面说到HashMap的基础就是一个线性数组,这个数组就是Entry[],Map里面的内容都保存在Entry[]里面。

1
2
3
4
/**
* The table, resized as necessary. Length MUST Always be a power of two.
*/
transient Entry[] table;

那么我们能不能综合两者的特性,做出一种寻址容易,插入删除也容易的数据结构?答案是肯定的,这就是我们要提起的哈希表。哈希表((Hash table)既满足了数据的查找方便,同时不占用太多的内容空间,使用也十分方便。

哈希表是由数组+链表组成的,一个长度为16的数组中,每个元素存储的是一个链表的头结点。那么这些元素是按照什么样的规则存储到数组中呢。一般情况是通过hash(key)%len获得,也就是元素的key的哈希值对数组长度取模得到

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 算法来决定其在数组中的存储位置,在根据 equals 方法决定其在该数组位置上的链表中的存储位置;当需要取出一个Entry 时,也会根据 hash 算法找到其在数组中的存储位置,再根据 equals 方法从该位置上的链表中取出该Entry。

put

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
public V put(K key, V value) {
if (key == null)
return putForNullKey(value); //null总是放在数组的第一个链表中
int hash = hash(key.hashCode());
int i = indexFor(hash, table.length);
//遍历链表
for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) {
Object k;
//如果key在链表中已存在,则替换为新value
if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {
V oldValue = e.value;
e.value = value;
e.recordAccess(this);
return oldValue;
}
}
modCount++;
addEntry(hash, key, value, i);
return null;
}
void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
Entry<K,V> e = table[bucketIndex];
table[bucketIndex] = new Entry<K,V>(hash, key, value, e); //参数e, 是Entry.next
//如果size超过threshold,则扩充table大小。再散列
if (size++ >= threshold)
resize(2 * table.length);
}

get

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
public V get(Object key) {
if (key == null)
return getForNullKey();
int hash = hash(key.hashCode());
//先定位到数组元素,再遍历该元素处的链表
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;
}
return null;
}

初始大小

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {
..... // Find a power of 2 >= initialCapacity
int capacity = 1;
while (capacity < initialCapacity)
capacity <<= 1;
this.loadFactor = loadFactor;
threshold = (int)(capacity * loadFactor);
table = new Entry[capacity];
init();
}

rehash

当 HashMap 中的元素越来越多的时候,hash冲突的几率也就越来越高,因为数组的长度是固定的。所以为了提高查询的效率,就要对 HashMap 的数组进行扩容,数组扩容这个操作也会出现在 ArrayList 中,这是一个常用的操作,而在 HashMap 数组扩容之后,最消耗性能的点就出现了:原数组中的数据必须重新计算其在新数组中的位置,并放进去,这就是 resize。

那么 HashMap 什么时候进行扩容呢?当 HashMap 中的元素个数超过数组大小 loadFactor时,就会进行数组扩容,loadFactor的默认值为 0.75,这是一个折中的取值。也就是说,默认情况下,数组大小为 16,那么当 HashMap 中元素个数超过 160.75=12 的时候,就把数组的大小扩展为 2*16=32,即扩大一倍,然后重新计算每个元素在数组中的位置,而这是一个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。

Fail-Fast 机制

我们知道 java.util.HashMap 不是线程安全的,因此如果在使用迭代器的过程中有其他线程修改了 map,那么将抛出 ConcurrentModificationException,这就是所谓 fail-fast 策略。
ail-fast 机制是 java 集合(Collection)中的一种错误机制。 当多个线程对同一个集合的内容进行操作时,就可能会产生 fail-fast 事件。
例如:当某一个线程 A 通过 iterator去遍历某集合的过程中,若该集合的内容被其他线程所改变了;那么线程 A 访问集合时,就会抛出 ConcurrentModificationException 异常,产生 fail-fast 事件。

由所有 HashMap 类的“collection 视图方法”所返回的迭代器都是快速失败的:在迭代器创建之后,如果从结构上对映射进行修改,除非通过迭代器本身的 remove 方法,其他任何时间任何方式的修改,迭代器都将抛出 ConcurrentModificationException

HashMap 的两种遍历方式

1
2
3
4
5
6
7
  Map map = new HashMap();
  Iterator iter = map.entrySet().iterator();
  while (iter.hasNext()) {
  Map.Entry entry = (Map.Entry) iter.next();
  Object key = entry.getKey();
  Object val = entry.getValue();
  }

效率高

1
2
3
4
5
  Map map = new HashMap();
  Iterator iter = map.keySet().iterator();
  while (iter.hasNext()) {
  Object key = iter.next();
  Object val = map.get(key);

效率低