实时视频网站怎么做,上海免费建网站,建设工程官方网站,效果图制作好学吗HashMap是Java Map类型的集合类中最常使用的#xff0c;本文基于Java1.8#xff0c;对于HashMap的实现原理做一下详细讲解。 #xff08;Java1.8源码#xff1a;http://docs.oracle.com/javase/8/docs/api/#xff09; 一、HashMap实现原理总结 HashMap的实现原理总结如下… HashMap是Java Map类型的集合类中最常使用的本文基于Java1.8对于HashMap的实现原理做一下详细讲解。 Java1.8源码http://docs.oracle.com/javase/8/docs/api/ 一、HashMap实现原理总结 HashMap的实现原理总结如下 ①数据存储是基于数组和链表实现的默认是构建一个初始容量为16负载因子为0.75 的HashMap。 ②添加数据put时首先先根据key的hashCode计算hash值根据hash值得到这个元素在数组中的位置即下标如果数组该位置上已经存放有其他元素了那么在这个位置上的元素将以链表的形式存放新加入的放在链头最先加入的放在链尾。如果数组该位置上没有元素就直接将该元素放到此数组中的该位置上。 ③和ArrayList一样HashMap由于也使用了数组也存在对数组进行扩容的情况。当HashMap中的元素个数超过数组大小*loadFactor时就需要进行扩容。扩容需要新建一个数组将所有数据重新计算Hash值之后拷贝到新的数组。HashMap数组扩容的操作代价很高我们应该尽量减少这种操作。 ④获取数据时首先根据key的hashCode计算数组位置然后从链表里进行查找。 ⑤删除数据时也需要先根据key的hashCode计算数组位置然后从链表里进行查找找到之后需要修改链表节点之间的引用即可。 二、HashMap的实现原理详解 转自http://zhangshixi.iteye.com/blog/672697 1. HashMap概述 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。 2. HashMap的数据结构 在java编程语言中最基本的结构就是两种一个是数组另外一个是模拟指针引用所有的数据结构都可以用这两个基本结构来构造的HashMap也不例外。HashMap实际上是一个“链表散列”的数据结构即数组和链表的结合体。 从上图中可以看出HashMap底层就是一个数组结构数组中的每一项又是一个链表。当新建一个HashMap的时候就会初始化一个数组。 源码如下 Java代码 /** * The table, resized as necessary. Length MUST Always be a power of two. */ transient Entry[] table; static class EntryK,V implements Map.EntryK,V { final K key; V value; EntryK,V next; final int hash; …… } 可以看出Entry就是数组中的元素每个 Map.Entry 其实就是一个key-value对它持有一个指向下一个元素的引用这就构成了链表。 3. HashMap的存取实现 1) 存储 Java代码 public V put(K key, V value) { // HashMap允许存放null键和null值。 // 当key为null时调用putForNullKey方法将value放置在数组第一个位置。 if (key null) return putForNullKey(value); // 根据key的keyCode重新计算hash值。 int hash hash(key.hashCode()); // 搜索指定hash值在对应table中的索引。 int i indexFor(hash, table.length); // 如果 i 索引处的 Entry 不为 null通过循环不断遍历 e 元素的下一个元素。 for (EntryK,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; } } // 如果i索引处的Entry为null表明此处还没有Entry。 modCount; // 将key、value添加到i索引处。 addEntry(hash, key, value, i); return null; } 从上面的源代码中可以看出当我们往HashMap中put元素的时候先根据key的hashCode重新计算hash值根据hash值得到这个元素在数组中的位置即下标如果数组该位置上已经存放有其他元素了那么在这个位置上的元素将以链表的形式存放新加入的放在链头最先加入的放在链尾。如果数组该位置上没有元素就直接将该元素放到此数组中的该位置上。 addEntry(hash, key, value, i)方法根据计算出的hash值将key-value对放在数组table的i索引处。addEntry 是HashMap 提供的一个包访问权限的方法代码如下 Java代码 void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) { // 获取指定 bucketIndex 索引处的 Entry EntryK,V e table[bucketIndex]; // 将新创建的 Entry 放入 bucketIndex 索引处并让新的 Entry 指向原来的 Entry table[bucketIndex] new EntryK,V(hash, key, value, e); // 如果 Map 中的 key-value 对的数量超过了极限 if (size threshold) // 把 table 对象的长度扩充到原来的2倍。 resize(2 * table.length); } 当系统决定存储HashMap中的key-value对时完全没有考虑Entry中的value仅仅只是根据key来计算并决定每个Entry的存储位置。我们完全可以把 Map 集合中的 value 当成 key 的附属当系统决定了 key 的存储位置之后value 随之保存在那里即可。 hash(int h)方法根据key的hashCode重新计算一次散列。此算法加入了高位计算防止低位不变高位变化时造成的hash冲突。 Java代码 static int hash(int h) { h ^ (h 20) ^ (h 12); return h ^ (h 7) ^ (h 4); } 我们可以看到在HashMap中要找到某个元素需要根据key的hash值来求得对应数组中的位置。如何计算这个位置就是hash算法。前面说过HashMap的数据结构是数组和链表的结合所以我们当然希望这个HashMap里面的元素位置尽量的分布均匀些尽量使得每个位置上的元素数量只有一个那么当我们用hash算法求得这个位置的时候马上就可以知道对应位置的元素就是我们要的而不用再去遍历链表这样就大大优化了查询的效率。 对于任意给定的对象只要它的 hashCode() 返回值相同那么程序调用 hash(int h) 方法所计算得到的 hash 码值总是相同的。我们首先想到的就是把hash值对数组长度取模运算这样一来元素的分布相对来说是比较均匀的。但是“模”运算的消耗还是比较大的在HashMap中是这样做的调用 indexFor(int h, int length) 方法来计算该对象应该保存在 table 数组的哪个索引处。indexFor(int h, int length) 方法的代码如下 Java代码 static int indexFor(int h, int length) { return h (length-1); } 这个方法非常巧妙它通过 h (table.length -1) 来得到该对象的保存位而HashMap底层数组的长度总是 2 的n 次方这是HashMap在速度上的优化。在 HashMap 构造器中有如下代码 Java代码 int capacity 1; while (capacity initialCapacity) capacity 1; 这段代码保证初始化时HashMap的容量总是2的n次方即底层数组的长度总是为2的n次方。 当length总是 2 的n次方时h (length-1)运算等价于对length取模也就是h%length但是比%具有更高的效率。 这看上去很简单其实比较有玄机的我们举个例子来说明 假设数组长度分别为15和16优化后的hash码分别为8和9那么运算后的结果如下 h (table.length-1) hash table.length-1 8 (15-1) 0100 1110 0100 9 (15-1) 0101 1110 0100 ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 8 (16-1) 0100 1111 0100 9 (16-1) 0101 1111 0101 从上面的例子中可以看出当它们和15-11110“与”的时候产生了相同的结果也就是说它们会定位到数组中的同一个位置上去这就产生了碰撞8和9会被放到数组中的同一个位置上形成链表那么查询的时候就需要遍历这个链 表得到8或者9这样就降低了查询的效率。同时我们也可以发现当数组长度为15的时候hash值会与15-11110进行“与”那么 最后一位永远是0而0001001101011001101101111101这几个位置永远都不能存放元素了空间浪费相当大更糟的是这种情况中数组可以使用的位置比数组长度小了很多这意味着进一步增加了碰撞的几率减慢了查询的效率而当数组长度为16时即为2的n次方时2n-1得到的二进制数的每个位上的值都为1这使得在低位上时得到的和原hash的低位相同加之hash(int h)方法对key的hashCode的进一步优化加入了高位计算就使得只有相同的hash值的两个值才会被放到数组中的同一个位置上形成链表。 所以说当数组长度为2的n次幂的时候不同的key算得得index相同的几率较小那么数据在数组上分布就比较均匀也就是说碰撞的几率小相对的查询的时候就不用遍历某个位置上的链表这样查询效率也就较高了。 根据上面 put 方法的源代码可以看出当程序试图将一个key-value对放入HashMap中时程序首先根据该 key的 hashCode() 返回值决定该 Entry 的存储位置如果两个 Entry 的 key 的 hashCode() 返回值相同那它们的存储位置相同。如果这两个 Entry 的 key 通过 equals 比较返回 true新添加 Entry 的 value 将覆盖集合中原有 Entry的 value但key不会覆盖。如果这两个 Entry 的 key 通过 equals 比较返回 false新添加的 Entry 将与集合中原有 Entry 形成 Entry 链而且新添加的 Entry 位于 Entry 链的头部——具体说明继续看 addEntry() 方法的说明。 2) 读取 Java代码 public V get(Object key) { if (key null) return getForNullKey(); int hash hash(key.hashCode()); for (EntryK,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; } 有了上面存储时的hash算法作为基础理解起来这段代码就很容易了。从上面的源代码中可以看出从HashMap中get元素时首先计算key的hashCode找到数组中对应位置的某一元素然后通过key的equals方法在对应位置的链表中找到需要的元素。 3) 归纳起来简单地说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。 4. HashMap的resizerehash 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16*0.7512的时候就把数组的大小扩展为 2*1632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。 5. HashMap的性能参数 HashMap 包含如下几个构造器 HashMap()构建一个初始容量为 16负载因子为 0.75 的 HashMap。 HashMap(int initialCapacity)构建一个初始容量为 initialCapacity负载因子为 0.75 的 HashMap。 HashMap(int initialCapacity, float loadFactor)以指定初始容量、指定的负载因子创建一个 HashMap。 HashMap的基础构造器HashMap(int initialCapacity, float loadFactor)带有两个参数它们是初始容量initialCapacity和加载因子loadFactor。 initialCapacityHashMap的最大容量即为底层数组的长度。 loadFactor负载因子loadFactor定义为散列表的实际元素数目(n)/ 散列表的容量(m)。 负载因子衡量的是一个散列表的空间的使用程度负载因子越大表示散列表的装填程度越高反之愈小。对于使用链表法的散列表来说查找一个元素的平均时间是O(1a)因此如果负载因子越大对空间的利用更充分然而后果是查找效率的降低如果负载因子太小那么散列表的数据将过于稀疏对空间造成严重浪费。 HashMap的实现中通过threshold字段来判断HashMap的最大容量 Java代码 threshold (int)(capacity * loadFactor); 结合负载因子的定义公式可知threshold就是在此loadFactor和capacity对应下允许的最大元素数目超过这个数目就重新resize以降低实际的负载因子。默认的的负载因子0.75是对空间和时间效率的一个平衡选择。当容量超出此最大容量时 resize后的HashMap容量是容量的两倍 Java代码 if (size threshold) resize(2 * table.length); 6. 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。 这一策略在源码中的实现是通过modCount域modCount顾名思义就是修改次数对HashMap内容的修改都将增加这个值那么在迭代器初始化过程中会将这个值赋给迭代器的expectedModCount。 Java代码 HashIterator() { expectedModCount modCount; if (size 0) { // advance to first entry Entry[] t table; while (index t.length (next t[index]) null) ; } } 在迭代过程中判断modCount跟expectedModCount是否相等如果不相等就表示已经有其他线程修改了Map 注意到modCount声明为volatile保证线程之间修改的可见性。 Java代码 final EntryK,V nextEntry() { if (modCount ! expectedModCount) throw new ConcurrentModificationException(); 在HashMap的API中指出 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。因此面对并发的修改迭代器很快就会完全失败而不冒在将来不确定的时间发生任意不确定行为的风险。 注意迭代器的快速失败行为不能得到保证一般来说存在非同步的并发修改时不可能作出任何坚决的保证。快速失败迭代器尽最大努力抛出 ConcurrentModificationException。因此编写依赖于此异常的程序的做法是错误的正确做法是迭代器的快速失败行为应该仅用于检测程序错误。
