HashMap源码分析
2016-04-26 23:34
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title: HashMap源码分析
date: 2016-04-26
categories: java
tags: HashMap
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同步方式 ():
从图中可以看出,
看看HashMap中的Entry类
这里分析下Map接口
HashMap就是一个Entry数组,每个Entry链表中包含了键值对,处理冲突的方法就是拉链法
负载因子默认值是0.75,若负载因子越大,填满的元素越多空间利用率越高,但是冲突的机会越大(链表长度变长,查找效率变低)。反之,负载因子较小时,冲突少了,但空间利用率降低了。
上面程序中 : 每个Map.Entry就是一个
key的hash计算方法:
这里要求数组长度是2的整数此幂。length为2的整数次幂的话,h&(length-1)就相当于对length取模(?),这样便保证了散列的均匀,同时也提升了效率;其次,length为2的整数次幂的话,为偶数,这样length-1为奇数,奇数的最后一位是1,这样便保证了h&(length-1)的最后一位可能为0,也可能为1(这取决于h的值),即与后的结果可能为偶数,也可能为奇数,这样便可以保证散列的均匀性,而如果length为奇数的话,很明显length-1为偶数,它的最后一位是0,这样h&(length-1)的最后一位肯定为0,即只能为偶数,这样任何hash值都只会被散列到数组的偶数下标位置上,这便浪费了近一半的空间,因此,length取2的整数次幂,是为了使不同hash值发生碰撞的概率较小,这样就能使元素在哈希表中均匀地散列(参考)。
下面看看 addEntry 方法
调整大小 :
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
http://github.thinkingbar.com/hashmap-infinite-loop/
http://my.oschina.net/xianggao/blog/393990#OSC_h2_9
HashMap出现死锁实在transfer方法调用时。当HashMap容量不够时,会在resize中调用找这个方法:
这个方法实现数组的rehash :
1 . 遍历原始数组
对链表中中的每一个元素:用了next取得要专一那个元素e的下一个,将e转移到新的hash表的头部,现将e.next指向新hash表的第一个元素,这时候新的hash表的第一个元素是e,然后将hash表的的第一个元素指向e,
循环
经过这几步,我们会发现转移的时候是逆序的。假如转移前链表顺序是1->2->3,那么转移后就会变成3->2->1。死锁问就是因为1->2的同时2->1造成的。所以,HashMap 的死锁问题就出在这个transfer()函数上。
当多个线程同时要求同时rehash时 则会出现死锁。
在HashMap的定义中,初始数组 table size modCount都加了关键字 transient。在java中transient表示:当一个对象序列化时,指定的变量不在序列化范围中,也就没法持久化。
原因是 :
读写Map是根据object的
hashMap不使用默认的序列化机制, HashMap的readObject和writeObject把内容 输出/输入, 把HashMap重新生成出来。
下一步分析 :
1 HashMap并发的替代方法
2 concurrentModificationException分析
参考 :
http://www.cnblogs.com/ITtangtang/p/3948406.html
date: 2016-04-26
categories: java
tags: HashMap
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1 HashMap概述
HashMap是基于哈希表的
Map接口非同步实现(HashTable是同步的),允许null键和null值,但是不保证映射顺序(即不保证插入的顺序,LinkedHashMap有保证Map顺序的机制),不保证HashMap中数据的恒久不变。
public class HashMap<K,V> extends AbstractMap<K,V> implements Map<K,V>, Cloneable, Serializable{}
同步方式 ():
Map<K, V> map = (Map<K, V>) Collections.synchronizedMap(new HashMap<>()); //或者用: ConcurrentHashMap<K, V> map = new ConcurrentHashMap<>(); //ConcurrentHashMap融合了hashtable和hashmap二者的优势, hashtable同步时会锁住整个链表结构,ConcurrentHashMap则是使用了分段锁,效率较高 。
2 HashMap的数据结构
HashMap基于数组和链表实现。HashMap通过key的hashCode来计算hash值,只要hashCode相同,则hash值相同(hash冲突),则将相同hash值得元素存放到同一个链表中。从图中可以看出,
HashMap底层就是一个数组结构,数组中的每一项又是一个链表,链表中每一项是一个
Entry<K,V>
看看HashMap中的Entry类
/** Entry是单向链表。 * 它是 HashMap链式存储法 对应的链表。 *它实现了Map.Entry 接口,即实现getKey(), getValue(), setValue(V value), equals(Object o), hashCode()这些方法 **/ static class Entry<K,V> implements Map.Entry<K,V> { final K key; V value; Entry<K,V> next; //指向下一个节点 int hash; /** * h : 哈希值 * k : 键 * v : 值 * n : 下一个节点 */ Entry(int h, K k, V v, Entry<K,V> n) { value = v; next = n; key = k; hash = h; } public final K getKey() { return key; } public final V getValue() { return value; } public final V setValue(V newValue) { V oldValue = value; value = newValue; return oldValue; } /* 判断两个Entrry是否相等 若两个Entry的 key 和 value 均相等,则返回true */ public final boolean equals(Object o) { if (!(o instanceof Map.Entry)) return false; Map.Entry e = (Map.Entry)o; Object k1 = getKey(); Object k2 = e.getKey(); if (k1 == k2 || (k1 != null && k1.equals(k2))) { Object v1 = getValue(); Object v2 = e.getValue(); if (v1 == v2 || (v1 != null && v1.equals(v2))) return true; } return false; } //hashCode: 按位异或 :1001 ^ 1100 = 0101 public final int hashCode() { return Objects.hashCode(getKey()) ^ Objects.hashCode(getValue()); } public final String toString() { return getKey() + "=" + getValue(); } //向HashMap中添加元素,会调用这个方法 void recordAccess(HashMap<K,V> m) { } //从HashMap中删除元素,会调用这个方法 void recordRemoval(HashMap<K,V> m) { } }
这里分析下Map接口
public interface Map<K,V> { int size(); boolean isEmpty(); boolean containsKey(Object key); boolean containsValue(Object value); V get(Object key); V put(K key, V value); V remove(Object key); void putAll(Map<? extends K, ? extends V> m); void clear(); Set<K> keySet(); Collection<V> values(); Set<Map.Entry<K, V>> entrySet(); //Map中的链表接口 interface Entry<K,V> { K getKey(); V getValue(); V setValue(V value); boolean equals(Object o); int hashCode(); } boolean equals(Object o); int hashCode(); }
HashMap就是一个Entry数组,每个Entry链表中包含了键值对,处理冲突的方法就是拉链法
3 源码分析
3.1 基本数据
static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; // aka 16 : 2的4次方(左移动) static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;//2的30方 static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f; // 存储元素实体的数组 static final Entry<?,?>[] EMPTY_TABLE = {}; transient Entry<K,V>[] table = (Entry<K,V>[]) EMPTY_TABLE; //元素个数 transient int size; //临界值 当实际大小超过临界值时,会进行扩容threshold = 加载因子*容量 int threshold; //负载因子 final float loadFactor; //被修改的次数 transient int modCount; static final int ALTERNATIVE_HASHING_THRESHOLD_DEFAULT = Integer.MAX_VALUE;
负载因子默认值是0.75,若负载因子越大,填满的元素越多空间利用率越高,但是冲突的机会越大(链表长度变长,查找效率变低)。反之,负载因子较小时,冲突少了,但空间利用率降低了。
3.2 构造方法
//构造1 : 指定初始容量和负载因子 public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) { if (initialCapacity < 0) throw new IllegalArgumentException("Illegal initial capacity: " + initialCapacity); if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY) initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY; //isNaN : 0/0 if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor)) throw new IllegalArgumentException("Illegal load factor: " + loadFactor); this.loadFactor = loadFactor; threshold = initialCapacity; init(); } //构造2 :指定初始容量 //默认负载因子 0.75 public HashMap(int initialCapacity) { this(initialCapacity, DEFAULT_LOAD_FACTOR); } //构造3 : public HashMap() { this(DEFAULT_INITIAL_CAPACITY, DEFAULT_LOAD_FACTOR); } //构造4 :由给定map构造 public HashMap(Map<? extends K, ? extends V> m) { this(Math.max((int) (m.size() / DEFAULT_LOAD_FACTOR) + 1, DEFAULT_INITIAL_CAPACITY), DEFAULT_LOAD_FACTOR); inflateTable(threshold); putAllForCreate(m); }
3.3 put方法
public V put(K key, V value) { if (table == EMPTY_TABLE) { inflateTable(threshold); } //若key为null,则将该键值对添加到table[0]中。具体看后面的putForNullKey方法 if (key == null) return putForNullKey(value); //若key不为null,则计算key的hash, int hash = hash(key); //搜索key的hash在table中的索引 int i = indexFor(hash, table.length); //循环遍历Entry数组,若key对应的键已经存在,则将新的value赋值给旧的value, // 然后退出 for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) { Object k; if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) { V oldValue = e.value; e.value = value; e.recordAccess(this); return oldValue; } } //不存在重复的key,则 :修改次数+1 modCount++; //将key-value 添加到指定索引处 : table[i], 参考后面的 addEntry() addEntry(hash, key, value, i); return null; } private void inflateTable(int toSize) { // Find a power of 2 >= toSize ///确保容量为2的n次幂,使capacity为大于initialCapacity的最小的2的n次幂 int capacity = roundUpToPowerOf2(toSize); threshold = (int) Math.min(capacity * loadFactor, MAXIMUM_CAPACITY + 1); table = new Entry[capacity]; initHashSeedAsNeeded(capacity); } //存储key为null private V putForNullKey(V value) { for (Entry<K,V> e = table[0]; e != null; e = e.next) { //如果key为null的对象存在,则覆盖并返回 if (e.key == null) { V oldValue = e.value; e.value = value; e.recordAccess(this); return oldValue; } } //否则添加key为null的 key-value modCount++; addEntry(0, null, value, 0); return null; }
上面程序中 : 每个Map.Entry就是一个
key-value对。每当系统决定存在
key-valu时,完全没有考虑
Map.Entry中的value,仅仅根据key值进行计算。
key的hash计算方法:
final int hash(Object k) { int h = hashSeed; if (0 != h && k instanceof String) { return sun.misc.Hashing.stringHash32((String) k); } h ^= k.hashCode(); h ^= (h >>> 20) ^ (h >>> 12); return h ^ (h >>> 7) ^ (h >>> 4); }
int i = indexFor(hash, table.length);中的搜索指定hash值得方法 :
static int indexFor(int h, int length) { //根据key的hash值和数组长度计算 return h & (length-1); }
这里要求数组长度是2的整数此幂。length为2的整数次幂的话,h&(length-1)就相当于对length取模(?),这样便保证了散列的均匀,同时也提升了效率;其次,length为2的整数次幂的话,为偶数,这样length-1为奇数,奇数的最后一位是1,这样便保证了h&(length-1)的最后一位可能为0,也可能为1(这取决于h的值),即与后的结果可能为偶数,也可能为奇数,这样便可以保证散列的均匀性,而如果length为奇数的话,很明显length-1为偶数,它的最后一位是0,这样h&(length-1)的最后一位肯定为0,即只能为偶数,这样任何hash值都只会被散列到数组的偶数下标位置上,这便浪费了近一半的空间,因此,length取2的整数次幂,是为了使不同hash值发生碰撞的概率较小,这样就能使元素在哈希表中均匀地散列(参考)。
下面看看 addEntry 方法
void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) { //大于临界值 以2倍扩容 if ((size >= threshold) && (null != table[bucketIndex])) { resize(2 * table.length); hash = (null != key) ? hash(key) : 0; bucketIndex = indexFor(hash, table.length); } //如果要加入的位置有值,,该位置原先的值设置为新entry的next,也就是新entry链表的下一个节点 createEntry(hash, key, value, bucketIndex); } void createEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) { Entry<K,V> e = table[bucketIndex]; table[bucketIndex] = new Entry<>(hash, key, value, e); size++; }
调整大小 :
void resize(int newCapacity) { Entry[] oldTable = table; int oldCapacity = oldTable.length; if (oldCapacity == MAXIMUM_CAPACITY) { threshold = Integer.MAX_VALUE; return; } Entry[] newTable = new Entry[newCapacity]; //用来将原先table的元素全部移到newTable里面 transfer(newTable, initHashSeedAsNeeded(newCapacity)); table = newTable; //重新计算临界值 threshold = (int)Math.min(newCapacity * loadFactor, MAXIMUM_CAPACITY + 1); }
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
16*0.75=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,扩容是需要进行数组复制的,复制数组是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。
3.4 get
public V get(Object key) { if (key == null) return getForNullKey(); Entry<K,V> entry = getEntry(key); return null == entry ? null : entry.getValue(); } //或得key为null的值 private V getForNullKey() { if (size == 0) { return null; } for (Entry<K,V> e = table[0]; e != null; e = e.next) { if (e.key == null) return e.value; } return null; } final Entry<K,V> getEntry(Object key) { if (size == 0) { return null; } int hash = (key == null) ? 0 : hash(key); 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 != null && key.equals(k)))) return e; } return null; }
4 hashMap出现死锁的原因
参考 :http://github.thinkingbar.com/hashmap-infinite-loop/
http://my.oschina.net/xianggao/blog/393990#OSC_h2_9
HashMap出现死锁实在transfer方法调用时。当HashMap容量不够时,会在resize中调用找这个方法:
void transfer(Entry[] newTable, boolean rehash) { int newCapacity = newTable.length; //对原数组遍历 for (Entry<K,V> e : table) { //这个table是初始的数组 while(null != e) { Entry<K,V> next = e.next; if (rehash) { e.hash = null == e.key ? 0 : hash(e.key); } int i = indexFor(e.hash, newCapacity); e.next = newTable[i]; newTable[i] = e; e = next; } } }
这个方法实现数组的rehash :
1 . 遍历原始数组
对链表中中的每一个元素:用了next取得要专一那个元素e的下一个,将e转移到新的hash表的头部,现将e.next指向新hash表的第一个元素,这时候新的hash表的第一个元素是e,然后将hash表的的第一个元素指向e,
循环
经过这几步,我们会发现转移的时候是逆序的。假如转移前链表顺序是1->2->3,那么转移后就会变成3->2->1。死锁问就是因为1->2的同时2->1造成的。所以,HashMap 的死锁问题就出在这个transfer()函数上。
当多个线程同时要求同时rehash时 则会出现死锁。
4 transient关键字的理解
transient Entry<K,V>[] table = (Entry<K,V>[]) EMPTY_TABLE; transient int size; transient int modCount;
在HashMap的定义中,初始数组 table size modCount都加了关键字 transient。在java中transient表示:当一个对象序列化时,指定的变量不在序列化范围中,也就没法持久化。
原因是 :
读写Map是根据object的
hashCode()来确定 从 table[i]读写,而 hashCode() 是本地化 native方法,在不同的JVM中可能不一样。这样导致序列化后,在不同的虚拟机上反序列化得知可能和原始值不同,也就失去了序列化的意义。
hashMap不使用默认的序列化机制, HashMap的readObject和writeObject把内容 输出/输入, 把HashMap重新生成出来。
下一步分析 :
1 HashMap并发的替代方法
2 concurrentModificationException分析
参考 :
http://www.cnblogs.com/ITtangtang/p/3948406.html
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