java面试基础-Java中HashMap的实现

HashMap可谓JDK的一大实用工具,把各个Object映射起来,实现了“键--值”对应的快速存取。但实际里面做了些什么呢?

  在这之前,先介绍一下负载因子和容量的属性。大家都知道其实一个 HashMap 的实际容量就 因子*容量,其默认值是 16×0.75=12; 这个很重要,对效率很一定影响!当存入HashMap的对象超过这个容量时,HashMap 就会重新构造存取表。这就是一个大问题,我后面慢慢介绍,反正,如果你已经知道你大概要存放多少个对象,最好设为该实际容量的能接受的数字。

两个关键的方法,put和get:

  先有这样一个概念,HashMap是声明了 Map,Cloneable, Serializable 接口,和继承了 AbstractMap 类,里面的 Iterator 其实主要都是其内部类HashIterator 和其他几个 iterator 类实现,当然还有一个很重要的继承了Map.Entry 的 Entry 内部类,由于大家都有源代码,大家有兴趣可以看看这部分,我主要想说明的是 Entry 内部类。它包含了hash,value,key 和next 这四个属性,很重要。put的源码如下
  
Java代码

 public Object put(Object key, Object value) {   
      Object k = maskNull(key);   

  这个就是判断键值是否为空,并不很深奥,其实如果为空,它会返回一个static Object 作为键值,这就是为什么HashMap允许空键值的原因。

 
Java代码

  int hash = hash(k);   
    int i = indexFor(hash, table.length);   

  这连续的两步就是 HashMap 最牛的地方!研究完我都汗颜了,其中 hash 就是通过 key 这个Object的 hashcode 进行 hash,然后通过 indexFor 获得在Object table的索引值。

  table???不要惊讶,其实HashMap也神不到哪里去,它就是用 table 来放的。最牛的就是用 hash 能正确的返回索引。其中的hash算法,我跟JDK的作者 Doug 联系过,他建议我看看《The art of programing vol3》可恨的是,我之前就一直在找,我都找不到,他这样一提,我就更加急了,可惜口袋空空啊!!!

  不知道大家有没有留意 put 其实是一个有返回的方法,它会把相同键值的 put 覆盖掉并返回旧的值!如下方法彻底说明了 HashMap 的结构,其实就是一个表加上在相应位置的Entry的链表:

 
Java代码

 for (Entry e = table[i]; e != null; e = e.next) {   
     if (e.hash == hash && eq(k, e.key)) {   
     Object oldvalue = e.value;   
     e.value = value; //把新的值赋予给对应键值。   
     e.recordAccess(this); //空方法,留待实现   
     return oldvalue; //返回相同键值的对应的旧的值。   
     }   
     }   
     modCount++; //结构性更改的次数   
     addEntry(hash, k, value, i); //添加新元素,关键所在!   
     return null; //没有相同的键值返回   
     }   

  我们把关键的方法拿出来分析:

  
Java代码

 void addEntry(int hash, Object key, Object value, int bucketIndex) {   
      table[bucketIndex] = new Entry(hash, key, value, table[bucketIndex]);   

  因为 hash 的算法有可能令不同的键值有相同的hash码并有相同的table索引,如:key=“33”和key=Object g的hash都是-8901334,那它经过indexfor之后的索引一定都为i,这样在new的时候这个Entry的next就会指向这个原本的table[i],再有下一个也如此,形成一个链表,和put的循环对定e.next获得旧的值。到这里,HashMap的结构,大家也十分明白了吧?
Java代码

 if (size++ >= threshold) //这个threshold就是能实际容纳的量   
     resize(2 * table.length); //超出这个容量就会将Object table重构   

  所谓的重构也不神,就是建一个两倍大的table(我在别的论坛上看到有人说是两倍加1,把我骗了),然后再一个个indexfor进去!注意!!这就是效率!!如果你能让你的HashMap不需要重构那么多次,效率会大大提高!

总结

HashMap中我们最长用的就是put(K, V)和get(K)。我们都知道,HashMap的K值是唯一的,那如何保证唯一性呢?我们首先想到的是用equals比较,没错,这样可以实现,但随着内部元素的增多,put和get的效率将越来越低,这里的时间复杂度是O(n),假如有1000个元素,put时需要比较1000次。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,哈希是通过hash单词音译过来的,也可以称为散列表,哈希算法可以快速的存取元素,当我们调用put存值时,HashMap首先会调用K的hashCode方法,获取哈希码,通过哈希码快速找到某个存放位置,这个位置可以被称之为bucketIndex,通过上面所述hashCode的协定可以知道,如果hashCode不同,equals一定为false,如果hashCode相同,equals不一定为true。所以理论上,hashCode可能存在冲突的情况,有个专业名词叫碰撞,当碰撞发生时,计算出的bucketIndex也是相同的,这时会取到bucketIndex位置已存储的元素,最终通过equals来比较,equals方法就是哈希码碰撞时才会执行的方法,所以前面说HashMap很少会用到equals。HashMap通过hashCode和equals最终判断出K是否已存在,如果已存在,则使用新V值替换旧V值,并返回旧V值,如果不存在 ,则存放新的键值对

如图

这里写图片描述

现在我们知道,执行put方法后,最终HashMap的存储结构会有这三种情况,情形3是最少发生的,哈希码发生碰撞属于小概率事件。到目前为止,我们了解了两件事:

HashMap通过键的hashCode来快速的存取元素。
当不同的对象hashCode发生碰撞时,HashMap通过单链表来解决,将新元素加入链表表头,通过next指向原有的元素。单链表在Java中的实现就是对象的引用(复合)。

   来鉴赏一下HashMap中put方法源码:
    public V put(K key, V value) {  
        // 处理key为null,HashMap允许key和value为null  
        if (key == null)  
            return putForNullKey(value);  
        // 得到key的哈希码  
        int hash = hash(key);  
        // 通过哈希码计算出bucketIndex  
        int i = indexFor(hash, table.length);  
        // 取出bucketIndex位置上的元素,并循环单链表,判断key是否已存在  
        for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) {  
            Object k;  
            // 哈希码相同并且对象相同时  
            if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {  
                // 新值替换旧值,并返回旧值  
                V oldValue = e.value;  
                e.value = value;  
                e.recordAccess(this);  
                return oldValue;  
            }  
        }  

        // key不存在时,加入新元素  
        modCount++;  
        addEntry(hash, key, value, i);  
        return null;  
    }  

  说到这里也差不多了,get比put简单得多,大家,了解put,get也差不了多少了。对于collections我是认为,它是适合广泛的,当不完全适合特有的,如果大家的程序需要特殊的用途,自己写吧,其实很简单。(作者是这样跟我说的,他还建议我用LinkedHashMap,我看了源码以后发现,LinkHashMap其实就是继承HashMap的,然后override相应的方法,有兴趣的同人,自己looklook)建个 Object table,写相应的算法,就ok啦。

  举个例子吧,像 Vector,list 啊什么的其实都很简单,最多就多了的同步的声明,其实如果要实现像Vector那种,插入,删除不多的,可以用一个Object table来实现,按索引存取,添加等。

  如果插入,删除比较多的,可以建两个Object table,然后每个元素用含有next结构的,一个table存,如果要插入到i,但是i已经有元素,用next连起来,然后size++,并在另一个table记录其位置。
   到这里,我们了解了HashMap工作原理的一部分,那还有另一部分,如,加载因子及rehash,HashMap通常的使用规则,多线程并发时HashMap存在的问题等等,

發表評論
所有評論
還沒有人評論,想成為第一個評論的人麼? 請在上方評論欄輸入並且點擊發布.
相關文章