资讯专栏INFORMATION COLUMN

Java集合_HashMap篇

MoAir / 1142人阅读

摘要:如果不重复,判断是否是类型,如果是红黑树,直接插入。条件为时执行链表转红黑树,然后插入。为了避免尾部遍历。添加元素时,如果超过阈值,就要进行扩容,如果两个元素同时添加,线程和线程可能同时扩容。

1.HashMap结构

    HashMap是存键值对(key-value)映射的数据结构,由数组+链表组成的,数组是HashMap的主体,链表则是主要为了解决哈希冲突而存在的,如果定位到的数组位置不含链表(当前entry的next指向null),那么对于查找,添加等操作很快,仅需一次寻址即可;如果定位到的数组包含链表,对于添加操作,其时间复杂度为O(n),首先遍历链表,存在即覆盖,否则新增;对于查找操作来讲,仍需遍历链表,然后通过key对象的equals方法逐一比对查找。通过下图可以对HashMap有一个直观的认识。

2.put和get操作过程

put操作(JDK1.8版)

    1)计算key的hash值(计算过程下面会详细介绍)。

    2)如果数组table是否为null或长度是否等于0,条件为true时进行数据table扩容(实际执行resize方法)。

    3)根据hash值计算Value将要存放的位置,即计算数组table索引(计算过程下面会详细讲)。

    4)判断table[i]是否是null,如果是null直接进行Value插入。

    5)如果table[i]不是null,接着判断key是否重复,如果重复直接进行覆盖插入。

    6)如果key不重复,判断table[i]是否是TreeNode类型,如果是红黑树,直接插入。

    7)如果不是TreeNode就遍历链表,遍历时预判断插入新的Value后,链表长度是否大于等于8。条件为True时执行链表转红黑树,然后插入Value。

    8)如果上面链表长度小于8执行链表插入。

    9)最后检查数组是否需要扩容。

详细代码:

    public V put(K key, V value) {
        //调用putVal方法
        return putVal(hash(key), key, value, false, true);
    }

    final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent, boolean evict) {
        Node[] tab;  //缓存底层数组用,都是指向一个地址的引用
        Node p;      //插入数组的桶i处的键值对节点
        int n;            //底层数组的长度
        int i;            //插入数组的桶的下标
        //刚开始table是null或空的时候,初始化个默认的table;为tab和n赋值,tab指向底层数组,n为底层数组的长度
        if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0){
            n = (tab = resize()).length;
        }
        //(n - 1) & hash:根据hash值算出插入点在底层数组的桶的位置,即下标值;为p赋值,也为i赋值(不管碰撞与否,都已经赋值了)
        //如果在数组上,没有发生碰撞,即当前要插入的位置上之前没有插入过值,则直接在此位置插入要插入的键值对
        if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null){
            tab[i] = newNode(hash, key, value, null);//插入的节点的next属性是null
        } else {    //发生碰撞,即当前位置已经插入了值
            Node e;    //中间变量吧,跟冒泡排序里面的那个中间变量似的,起到个值交换的作用
            K k;            //同上
            //hash值相同,key也相同,那么就是更新这个键值对的值。同 jdk 1.7
            if (p.hash == hash && ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k)))){ //注意在这个if内【e != null】
                e = p;//这地方,e = p  他们两个都是指向数组下标为i的地方,在这if else if else结束之后,再把节点的值value给更新了
            } else if (p instanceof TreeNode){  //这个树方法可能会返回null。
                //jdk 1.8引入了红黑树来处理碰撞,上面判断p的类型已经是树结构了,
                e = ((TreeNode)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);//如果是,则走添加树的方法。
            } else {    //注意在这个else内,当为添加新节点时,【e == 】;更新某个节点时,就不是null
                for (int binCount = 0; ; ++binCount) {//还未形成树结构,还是jdk 1.7的链表结构
                    //差别就是1.7:是头插法,后来的留在数组上,先来的链在尾上;1.8:是先来的就留在数组上,后来的链在尾上
                    //判断p.next是否为空,同时为e赋值,若为空,则p.next指向新添加的节点,这是在链表长度小于7的时候
                    if ((e = p.next) == null) {
                        //这个地方有个不好理解的地方:在判断条件里面,把e指向p.next,也就是说现在e=null而不是下下一行错误的理解。
                        //这也就解释了更新的时候,返回oldValue,新建的时候,是不在那地方返回的。
                        p.next = newNode(hash, key, value, null);//e = p.next,p.next指向新生成的节点,也就是说e指向新节点(错误)
                        //对于临界值的分析:
                        //假设此次是第六次,binCount == 6,不会进行树变,当前链表长度是7;下次循环。
                        //binCount == 7,条件成立,进行树变,以后再put到这个桶的位置的时候,这个else就不走了,走中间的那个数结构的分叉语句啦
                        //这个时候,长度为8的链表就变成了红黑树啦
                        if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1){// -1 for 1st //TREEIFY_THRESHOLD == 8
                            treeifyBin(tab, hash);
                        }
                        break;//插入新值或进行树变后,跳出for循环。此时e未重定向,还是指向null,虽然后面p.next指向了新节点。
                        //但是,跟e没关系。
                    }
                    //如果在循环链表的时候,找到key相同的节点,那么就跳出循环,就走不到链表的尾上了。
                    // e已经在上一步已经赋值了,且不为null,也会跳出for循环,会在下面更新value的值
                    if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k)))){
                        break;
                    }
                    //这个就是p.next也就是e不为空,然后,还没有key相同的情况出现,那就继续循环链表,
                    // p指向p.next也就是e,继续循环,继续,e=p.next
                    p = e;
                    //直到p.next为空,添加新的节点;或者出现key相等,更新旧值的情况才跳出循环。
                }
            }
            //经过上面if else if else之后,e在新建节点的时候,为null;更新的时候,则被赋值。在树里面处理putTreeVal()同样如此,
            if (e != null) { // existing mapping for key//老外说的对,就是只有更新的时候,才走这,才会直接return oldValue
                V oldValue = e.value;
                //onlyIfAbsent 这个在调用hashMap的put()的时候,一直是false,那么下面更新value是肯定执行的
                if (!onlyIfAbsent || oldValue == null){
                    e.value = value;
                }
                afterNodeAccess(e);
                return oldValue;
            }
        }
        ++modCount;
        if (++size > threshold){
            resize();
        }
        afterNodeInsertion(evict);
        return null;
3.寻址过程(怎么由key值转换成数组下标)

借用网上的图,先比较直观的看下这个转换过程:

    第一步:key值--->32位的哈希值
    这个就是key值调用hashCode()函数,生成一个32位的哈希值。
    第二步:32位哈希值--->混合哈希值
    这一步将32位哈希值的高16位与低16位做异或操作。为什么要这样做呢,因为后面还要进行一次indexFoe()操作截取低位信息(高位信息将会丢失),因此高低位异或操作后,低16位也能掺杂高16位的信息,高位的信息变相被保存下来了,可以增加随机性,减小冲突的可能性。
1,2两步的操作在put函数源码中合并成了一行代码,如下:

return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);

    第三步:混合哈希值--->数组下标
链表数组的初始长度是16。显然这个32位的混合哈希值不能直接和链表数组直接对应起来,会照成大量冲突。这里采用了一次取模运算。HashMap 通过 hash 值与 length-1 (容器长度-1)进行取模(%)运算。可能有人会问:明明源码中 indexFor() 方法进行的 按位与(&)运算,而非取模运算。实际上,HashMap 中的 indexFor() 方法就是在进行取模运算。利用位运算代替取模运算,可以大大提高程序的计算效率。位运算可以直接对内存数据进行操作,不需要转换成十进制,因此效率要高得多。需要注意的是,只有在特定情况下,位运算才可以转换成取模运算(当 b = 2^n 时,a % b = a & (b - 1) )。也是因此,HashMap 才将初始长度设置为 16,且扩容只能是以 2 的倍数(2^n)扩容。

4.HashMap的安全性

在扩容操作时可能形成环形链表。
原因:
在HashMap扩容时,会改变链表中的元素的顺序,将元素从链表头部插入。(为了避免尾部遍历)。而环形链表就在这一时刻发生。添加元素时,如果超过阈值,就要进行扩容,如果两个元素同时添加,线程A和线程B可能同时扩容。线程A准备扩容时,线程B开始执行,扩容完毕,产生新的hashMap. 此时A—>Bnull变成B—>A null,先将A复制到新的hash表中,然后接着复制B到链头(A的前边:B.next=A),本来B.next=null,到此也就结束了(跟线程二一样的过程),但是,由于线程二扩容的原因,将B.next=A,所以,这里继续复制A,让A.next=B,由此,环形链表出现:B.next=A; A.next=B。本来应该通过 A.next=B来让A指向null 的,但是线程A已经把A.next变成B的位置了。所有行成回环。

5.HashSet

因为hashSet底层也是利用hashMap实现的,所以这里一起分析下。
HashSet 是一个没有重复元素的集合,它是由HashMap实现的,不保证元素的顺序,而且HashSet允许使用 null 元素。
HashSet是非同步的。如果多个线程同时访问一个哈希 set,而其中至少一个线程修改了该 set,那么它必须 保持外部同步。这通常是通过对自然封装该 set 的对象执行同步操作来完成的。如果不存在这样的对象,则应该使用 Collections.synchronizedSet 方法来“包装” set。最好在创建时完成这一操作,以防止对该 set 进行意外的不同步访问:Set s = Collections.synchronizedSet(new HashSet(...));

HashSet伪代码实现:

public class MyHashSet {
    private HashMap map;
    private static final Object PRESENT = new Object();
    public MyHashSet(){
        map = new HashMap();
    }
    public int size(){
        return map.size();
    }
    public void add(E e){
        map.put(e,PRESENT);
    }
    public void remove(E e){
        map.remove(e);
    }
}

文章版权归作者所有,未经允许请勿转载,若此文章存在违规行为,您可以联系管理员删除。

转载请注明本文地址:https://www.ucloud.cn/yun/75508.html

相关文章

  • Java相关

    摘要:本文是作者自己对中线程的状态线程间协作相关使用的理解与总结,不对之处,望指出,共勉。当中的的数目而不是已占用的位置数大于集合番一文通版集合番一文通版垃圾回收机制讲得很透彻,深入浅出。 一小时搞明白自定义注解 Annotation(注解)就是 Java 提供了一种元程序中的元素关联任何信息和着任何元数据(metadata)的途径和方法。Annotion(注解) 是一个接口,程序可以通过...

    wangtdgoodluck 评论0 收藏0
  • 3分钟搞掂Set集合

    摘要:下面总结一下集合常用的三个子类吧无序,允许为,底层是散列表红黑树,非线程同步有序,不允许为,底层是红黑树非线程同步迭代有序,允许为,底层是双向链表,非线程同步从结论而言我们就可以根据自己的实际情况来使用了。 前言 声明,本文用的是jdk1.8 前面章节回顾: Collection总览 List集合就这么简单【源码剖析】 Map集合、散列表、红黑树介绍 HashMap就是这么简单【源码...

    widuu 评论0 收藏0
  • 一份送给Java初学者的指南

    摘要:编程思想第版这本书要常读,初学者可以快速概览,中等程序员可以深入看看,老鸟还可以用之回顾的体系。以下视频整理自慕课网工程师路径相关免费课程。 我自己总结的Java学习的系统知识点以及面试问题,目前已经开源,会一直完善下去,欢迎建议和指导欢迎Star: https://github.com/Snailclimb/Java-Guide 笔者建议初学者学习Java的方式:看书+视频+实践(初...

    banana_pi 评论0 收藏0
  • Java集合总结【面试题+脑图】,将知识点一网打尽!

    摘要:而在集合中,值仅仅是一个对象罢了该对象对本身而言是无用的。将这篇文章作为集合的总结篇,但觉得没什么好写就回答一些面试题去了,找了一会面试题又觉得不够系统。 前言 声明,本文用的是jdk1.8 花了一个星期,把Java容器核心的知识过了一遍,感觉集合已经无所畏惧了!!(哈哈哈....),现在来总结一下吧~~ 回顾目录: Collection总览 List集合就这么简单【源码剖析】 Ma...

    yearsj 评论0 收藏0
  • Java编程基础19——Map集合&斗地主案例

    摘要:使用默认随机源对指定列表进行置换。将集合排序使用二分搜索法搜索指定列表,以获得指定对象根据元素的自然顺序,返回给定的最大元素。 1_Map集合概述和特点 A:Map接口概述 查看API可以知道: 将键映射到值的对象 一个映射不能包含重复的键 每个键最多只能映射到一个值 B:Map接口和Collection接口的不同 Map是双列的,Collection是单列的 Map...

    ygyooo 评论0 收藏0

发表评论

0条评论

最新活动
阅读需要支付1元查看
<