Java HashSet和HashMap源码剖析
2017-03-03 22:47
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引用自此博客文章,感谢CarpenterLee
Java HashSet和HashMap源码剖析
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总体介绍
之所以把HashSet和HashMap放在一起讲解,是因为二者在Java里有着相同的实现,前者仅仅是对后者做了一层包装,也就是说HashSet里面有一个HashMap(适配器模式)。因此本文将重点分析HashMap。
HashMap实现了Map接口,允许放入
根据对冲突的处理方式不同,哈希表有两种实现方式,一种开放地址方式(Open addressing),另一种是冲突链表方式(Separate chaining with linked lists)。Java HashMap采用的是冲突链表方式。
从上图容易看出,如果选择合适的哈希函数,
有两个参数可以影响HashMap的性能:初始容量(inital capacity)和负载系数(load factor)。初始容量指定了初始table的大小,负载系数用来指定自动扩容的临界值。当
将对向放入到HashMap或HashSet中时,有两个方法需要特别关心:
方法剖析
get()
算法思想是首先通过
上图中
put()
remove()
HashSet
前面已经说过HashSet是对HashMap的简单包装,对HashSet的函数调用都会转换成合适的HashMap方法,因此HashSet的实现非常简单,只有不到300行代码。这里不再赘述。
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Java HashSet和HashMap源码剖析
本文github地址
总体介绍
之所以把HashSet和HashMap放在一起讲解,是因为二者在Java里有着相同的实现,前者仅仅是对后者做了一层包装,也就是说HashSet里面有一个HashMap(适配器模式)。因此本文将重点分析HashMap。
HashMap实现了Map接口,允许放入
null元素,除该类未实现同步外,其余跟Hashtable大致相同,跟TreeMap不同,该容器不保证元素顺序,根据需要该容器可能会对元素重新哈希,元素的顺序也会被重新打散,因此不同时间迭代同一个HashMap的顺序可能会不同。
根据对冲突的处理方式不同,哈希表有两种实现方式,一种开放地址方式(Open addressing),另一种是冲突链表方式(Separate chaining with linked lists)。Java HashMap采用的是冲突链表方式。
从上图容易看出,如果选择合适的哈希函数,
put()和
get()方法可以在常数时间内完成。但在对HashMap进行迭代时,需要遍历整个table以及后面跟的冲突链表。因此对于迭代比较频繁的场景,不宜将HashMap的初始大小设的过大。
有两个参数可以影响HashMap的性能:初始容量(inital capacity)和负载系数(load factor)。初始容量指定了初始table的大小,负载系数用来指定自动扩容的临界值。当
entry的数量超过
capacity* load_factor时,容器将自动扩容并重新哈希。对于插入元素较多的场景,将初始容量设大可以减少重新哈希的次数。
将对向放入到HashMap或HashSet中时,有两个方法需要特别关心:
hashCode()和
equals()。
hashCode()方法决定了对象会被放到哪个bucket里,当多个对象的哈希值冲突时,
equals()方法决定了这些对象是否是“同一个对象”。所以,如果要将自定义的对象放入到HashMap或HashSet中,需要
@Override
hashCode()和
equals()方法。
方法剖析
get()
get(Object key)方法根据指定的
key值返回对应的
value,该方法调用了
getEntry(Object key)得到相应的
entry,然后返回
entry.getValue()。因此
getEntry()是算法的核心。
算法思想是首先通过
hash()函数得到对应bucket的下标,然后依次遍历冲突链表,通过
key.equals(k)方法来判断是否是要找的那个
entry。
上图中
hash(k)&(table.length-1)等价于
hash(k)%table.length,原因是HashMap要求
table.length必须是2的指数,因此
table.length-1就是二进制低位全是1,跟
hash(k)相与会将哈希值的高位全抹掉,剩下的就是余数了。
//getEntry()方法 final Entry<K,V> getEntry(Object key) { ...... int hash = (key == null) ? 0 : hash(key); for (Entry<K,V> e = table[hash&(table.length-1)];//得到冲突链表 e != null; e = e.next) {//依次遍历冲突链表中的每个entry Object k; //依据equals()方法判断是否相等 if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) return e; } return null; }
put()
put(K key, V value)方法是将指定的
key,
value对添加到
map里。该方法首先会对
map做一次查找,看是否包含该元组,如果已经包含则直接返回,查找过程类似于
getEntry()方法;如果没有找到,则会通过
addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex)方法插入新的
entry,插入方式为头插法。
//addEntry() void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) { if ((size >= threshold) && (null != table[bucketIndex])) { resize(2 * table.length);//自动扩容,并重新哈希 hash = (null != key) ? hash(key) : 0; bucketIndex = hash & (table.length-1);//hash%table.length } //在冲突链表头部插入新的entry Entry<K,V> e = table[bucketIndex]; table[bucketIndex] = new Entry<>(hash, key, value, e); size++; }
remove()
remove(Object key)的作用是删除
key值对应的
entry,该方法的具体逻辑是在
removeEntryForKey(Object key)里实现的。
removeEntryForKey()方法会首先找到key值对应的
entry,然后删除该
entry(修改链表的相应指针)。查找过程跟
getEntry()过程类似。
//removeEntryForKey() final Entry<K,V> removeEntryForKey(Object key) { ...... int hash = (key == null) ? 0 : hash(key); int i = indexFor(hash, table.length);//hash&(table.length-1) Entry<K,V> prev = table[i];//得到冲突链表 Entry<K,V> e = prev; while (e != null) {//遍历冲突链表 Entry<K,V> next = e.next; Object k; if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) {//找到要删除的entry modCount++; size--; if (prev == e) table[i] = next;//删除的是冲突链表的第一个entry else prev.next = next; return e; } prev = e; e = next; } return e; }
HashSet
前面已经说过HashSet是对HashMap的简单包装,对HashSet的函数调用都会转换成合适的HashMap方法,因此HashSet的实现非常简单,只有不到300行代码。这里不再赘述。
//HashSet是对HashMap的简单包装 public class HashSet<E> { ...... private transient HashMap<E,Object> map;//HashSet里面有一个HashMap // Dummy value to associate with an Object in the backing Map private static final Object PRESENT = new Object(); public HashSet() { map = new HashMap<>(); } ...... public boolean add(E e) {//简单的方法转换 return map.put(e, PRESENT)==null; } ...... }
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