Map 综述一彻头彻尾理解 HashMap文档格式.docx

1、, Cloneable, Serializable.三. HashMap 的构造函数HashMap 一共提供了四个构造函数，其中 默认无参的构造函数 和 参数为HashMap的构造函数 为 Java Collection Framework 规范的推荐实现，其余两个构造函数则是 HashMap 专门提供的。1、HashMap（）该构造函数意在构造一个具有 默认初始容量 （16） 和 默认负载因子（0.75） 的空 HashMap，是 Java Collection Framework 规范推荐提供的，其源码如下： /* * Constructs an empty HashMap with th

2、e default initial capacity * （16） and the default load factor （0.75）. */ public HashMap（） /负载因子:用于衡量的是一个散列表的空间的使用程度 this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR; /HashMap进行扩容的阈值，它的值等于 HashMap 的容量乘以负载因子 threshold = （int）（DEFAULT_INITIAL_CAPACITY * DEFAULT_LOAD_FACTOR）; / HashMap的底层实现仍是数组，只是数组的每一项都是一条链 table

3、 = new EntryDEFAULT_INITIAL_CAPACITY; init（）; 2、HashMap（int initialCapacity, float loadFactor）该构造函数意在构造一个 指定初始容量 和 指定负载因子 的空 HashMap，其源码如下： * Constructs an empty HashMap with the specified initial capacity and load factor. public HashMap（int initialCapacity, float loadFactor） /初始容量不能小于 0 if （initial

4、Capacity MAXIMUM_CAPACITY） initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY; /负载因子不能小于 0 if （loadFactor = 0 | Float.isNaN（loadFactor）Illegal load factor: + loadFactor）; / HashMap 的容量必须是2的幂次方，超过 initialCapacity 的最小 2n int capacity = 1; while （capacity initialCapacity） capacity = 1; /负载因子 this.loadFactor = loadFact

5、or; /设置HashMap的容量极限，当HashMap的容量达到该极限时就会进行自动扩容操作 threshold = （int）（capacity * loadFactor）; table = new Entrycapacity;3、HashMap（int initialCapacity）该构造函数意在构造一个指定初始容量 和 默认负载因子 （0.75） 的空 HashMap，其源码如下： / Constructs an empty HashMap with the specified initial capacity and the default load factor （0.75） p

6、ublic HashMap（int initialCapacity） this（initialCapacity, DEFAULT_LOAD_FACTOR）; / 直接调用上述构造函数4、HashMap（Map m）该构造函数意在构造一个与指定 Map 具有相同映射的 HashMap，其 初始容量不小于 16 （具体依赖于指定Map的大小），负载因子是 0.75，是 Java Collection Framework 规范推荐提供的，其源码如下： / Constructs a new HashMap with the same mappings as the specified Map. / T

7、he HashMap is created with default load factor （0.75） and an initial capacity / sufficient to hold the mappings in the specified Map. public HashMap（Map m） / 初始容量不小于 16 this（Math.max（int） （m.size（） / DEFAULT_LOAD_FACTOR） + 1, DEFAULT_INITIAL_CAPACITY）, DEFAULT_LOAD_FACTOR）; putAllForCreate（m）; 在这里，我

8、们提到了两个非常重要的参数：初始容量 和 负载因子，这两个参数是影响HashMap性能的重要参数。其中，容量表示哈希表中 桶的数量 （table 数组的大小），初始容量是创建哈希表时桶的数量；负载因子是哈希表在其容量自动增加之前可以达到多满的一种尺度，它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 拉链法（下文会提到）的哈希表来说，查找一个元素的平均时间是 O（1+a），a 指的是链的长度，是一个常数。特别地，若负载因子越大，那么对空间的利用更充分，但查找效率的也就越低；若负载因子越小，那么哈希表的数据将越稀疏，对空间造成的浪费也就越严重。系统默

9、认负载因子为 0.75，这是时间和空间成本上一种折衷，一般情况下我们是无需修改的。四. HashMap 的数据结构1、哈希的相关概念Hash 就是把任意长度的输入（又叫做预映射， pre-image），通过哈希算法，变换成固定长度的输出（通常是整型），该输出就是哈希值。这种转换是一种 压缩映射，也就是说，散列值的空间通常远小于输入的空间。不同的输入可能会散列成相同的输出，从而不可能从散列值来唯一的确定输入值。简单的说，就是一种将任意长度的消息压缩到某一固定长度的 消息摘要函数 。2、哈希的应用：数据结构我们知道，数组的特点是：寻址容易，插入和删除困难；而链表的特点是：寻址困难，插入和删除容易。

10、那么我们能不能综合两者的特性，做出一种寻址容易，插入和删除也容易的数据结构呢？答案是肯定的，这就是我们要提起的哈希表。事实上，哈希表有多种不同的实现方法，我们接下来解释的是最经典的一种方法 拉链法，我们可以将其理解为 链表的数组，如下图所示：我们可以从上图看到，左边很明显是个数组，数组的每个成员是一个链表。该数据结构所容纳的所有元素均包含一个指针，用于元素间的链接。我们根据元素的自身特征把元素分配到不同的链表中去，反过来我们也正是通过这些特征找到正确的链表，再从链表中找出正确的元素。其中，根据元素特征计算元素数组下标的方法就是 哈希算法。总的来说，哈希表适合用作快速查找、删除的基本数据结构，通

11、常需要总数据量可以放入内存。在使用哈希表时，有以下几个关键点：hash 函数（哈希算法）的选择：针对不同的对象（字符串、整数等）具体的哈希方法；碰撞处理：常用的有两种方式，一种是 open hashing，即 拉链法；另一种就是 closed hashing，即 开地址法（opened addressing）。3、HashMap 的数据结构我们知道，在Java中最常用的两种结构是 数组 和 链表，几乎所有的数据结构都可以利用这两种来组合实现，HashMap 就是这种应用的一个典型。实际上，HashMap 就是一个 链表数组，如下是它数据结构：从上图中，我们可以形象地看出HashMap底层实现还

12、是数组，只是数组的每一项都是一条链。其中参数initialCapacity 就代表了该数组的长度，也就是桶的个数。在第三节我们已经了解了HashMap 的默认构造函数的源码：从上述源码中我们可以看出，每次新建一个HashMap时，都会初始化一个Entry类型的table数组，其中 Entry类型的定义如下：static class Entry implements Map.Entry final K key; / 键值对的键 V value; / 键值对的值 Entry next; / 下一个节点 final int hash; / hash（key.hashCode（）方法的返回值 * Cr

13、eates new entry. Entry（int h, K k, V v, Entry n） / Entry 的构造函数 value = v; next = n; key = k; hash = h; .其中，Entry为HashMap的内部类，实现了 Map.Entry 接口，其包含了键key、值value、下一个节点next，以及hash值四个属性。事实上，Entry 是构成哈希表的基石，是哈希表所存储的元素的具体形式。五. HashMap 的快速存取在HashMap中，我们最常用的两个操作就是：put（Key,Value） 和 get（Key）。我们都知道，HashMap中的Key是

14、唯一的，那它是如何保证唯一性的呢？我们首先想到的是用equals比较，没错，这样可以实现，但随着元素的增多，put 和 get 的效率将越来越低，这里的时间复杂度是O（n）。也就是说，假如 HashMap 有1000个元素，那么 put时就需要比较 1000 次，这是相当耗时的，远达不到HashMap快速存取的目的。实际上，HashMap 很少会用到equals方法，因为其内通过一个哈希表管理所有元素，利用哈希算法可以快速的存取元素。当我们调用put方法存值时，HashMap首先会调用Key的hashCode方法，然后基于此获取Key哈希码，通过哈希码快速找到某个桶，这个位置可以被称之为 bu

15、cketIndex。通过Java 中的 =, equals 与 hashCode 的区别与联系 所述hashCode的协定可以知道，如果两个对象的hashCode不同，那么equals一定为 false；否则，如果其hashCode相同，equals也不一定为 true。所以，理论上，hashCode 可能存在碰撞的情况，当碰撞发生时，这时会取出bucketIndex桶内已存储的元素，并通过hashCode（） 和 equals（） 来逐个比较以判断Key是否已存在。如果已存在，则使用新Value值替换旧Value值，并返回旧Value值；如果不存在，则存放新的键值对到桶中。因此，在 Hash

16、Map中，equals（） 方法只有在哈希码碰撞时才会被用到。下面我们结合JDK源码看HashMap 的存取实现。1、HashMap 的存储实现在 HashMap 中，键值对的存储是通过 put（key,vlaue） 方法来实现的，其源码如下： * Associates the specified value with the specified key in this map. * If the map previously contained a mapping for the key, the old * value is replaced. * * param key key with

17、 which the specified value is to be associated * param value value to be associated with the specified key * return the previous value associated with key, or null if there was no mapping for key. * Note that a null return can also indicate that the map previously associated null with key. public V

18、put（K key, V value） /当key为null时，调用putForNullKey方法，并将该键值对保存到table的第一个位置 if （key = null） return putForNullKey（value）; /根据key的hashCode计算hash值 int hash = hash（key.hashCode（）; / - （1） /计算该键值对在数组中的存储位置（哪个桶） int i = indexFor（hash, table.length）; / - （2） /在table的第i个桶上进行迭代，寻找 key 保存的位置 for （Entry e = tablei;

19、 e != null; e = e.next） / - （3） Object k; /判断该条链上是否存在hash值相同且key值相等的映射，若存在，则直接覆盖 value，并返回旧lue if （e.hash = hash & （k = e.key） = key | key.equals（k） V oldValue = e.value; e.value = value; e.recordAccess（this）; return oldValue; / 返回旧值 modCount+; /修改次数增加1，快速失败机制 /原HashMap中无该映射，将该添加至该链的链头 addEntry（hash

20、, key, value, i）; return null;通过上述源码我们可以清楚了解到HashMap保存数据的过程：首先，判断key是否为null，若为null，则直接调用putForNullKey方法；若不为空，则先计算key的hash值，然后根据hash值搜索在table数组中的索引位置，如果table数组在该位置处有元素，则查找是否存在相同的key，若存在则覆盖原来key的value，否则将该元素保存在链头（最先保存的元素放在链尾）。此外，若table在该处没有元素，则直接保存。这个过程看似比较简单，但其实有很多需要回味的地方，下面我们一一来看。先看源码中的 （3） 处，此处迭代原因

21、就是为了防止存在相同的key值。如果发现两个hash值（key）相同时，HashMap的处理方式是用新value替换旧value，这里并没有处理key，这正好解释了 HashMap 中没有两个相同的 key。1）. 对NULL键的特别处理：putForNullKey（）我们直接看其源码： * Offloaded version of put for null keys private V putForNullKey（V value） / 若key=null，则将其放入table的第一个桶，即 table0 e = table0; e = e.next） if （e.key = null） /

22、若已经存在key为null的键，则替换其值，并返回旧值 / 快速失败 addEntry（0, null, value, 0）; / 否则，将其添加到 table0 的桶中通过上述源码我们可以清楚知到，HashMap 中可以保存键为NULL的键值对，且该键值对是唯一的。若再次向其中添加键为NULL的键值对，将覆盖其原值。此外，如果HashMap中存在键为NULL的键值对，那么一定在第一个桶中。2）. HashMap 中的哈希策略（算法）在上述的 put（key,vlaue） 方法的源码中，我们标出了 HashMap 中的哈希策略（即（1）、（2）两处），hash（） 方法用于对Key的hashC

23、ode进行重新计算，而 indexFor（） 方法用于生成这个Entry对象的插入位置。当计算出来的hash值与hashMap的（length-1）做了&运算后，会得到位于区间0，length-1的一个值。特别地，这个值分布的越均匀， HashMap 的空间利用率也就越高，存取效率也就越好。我们首先看（1）处的 hash（） 方法，该方法为一个纯粹的数学计算，用于进一步计算key的hash值，源码如下： * Applies a supplemental hash function to a given hashCode, which * defends against poor quality

24、 hash functions. This is critical * because HashMap uses power-of-two length hash tables, that * otherwise encounter collisions for hashCodes that do not differ * in er bits. * * Note: Null keys always map to hash 0, thus index 0. static int hash（int h） / This function ensures that hashCodes that differ only by / constant multiples at each bit position have a bounded / number of collisions （approximately 8 at default loa