深入Java集合學習系列:HashMap的實現原理(2)

5.    HashMap 的性能參數:

    HashMap  包含如下幾個構造器:

    HashMap() :構建一個初始容量爲   16 ,負載因子爲   0.75    HashMap

    HashMap(int initialCapacity) :構建一個初始容量爲   initialCapacity ,負載因子爲   0.75    HashMap

    HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) :以指定初始容量、指定的負載因子創建一個   HashMap

    HashMap 的基礎構造器 HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) 帶有兩個參數,它們是初始容量 initialCapacity 和加載因子 loadFactor

    initialCapacity HashMap 的最大容量,即爲底層數組的長度。

    loadFactor :負載因子 loadFactor 定義爲:散列表的實際元素數目 (n)/  散列表的容量 (m)

    負載因子衡量的是一個散列表的空間的使用程度,負載因子越大表示散列表的裝填程度越高,反之愈小。對於使用鏈表法的散列表來說,查找一個元素的平均時間是 O(1+a) ,因此如果負載因子越大,對空間的利用更充分,然而後果是查找效率的降低;如果負載因子太小,那麼散列表的數據將過於稀疏,對空間造成嚴重浪費。

    HashMap 的實現中,通過 threshold 字段來判斷 HashMap 的最大容量:

threshold = (int)(capacity * loadFactor);

結合負載因子的定義公式可知, threshold 就是在此 loadFactor capacity 對應下允許的最大元素數目,超過這個數目就重新 resize ,以降低實際的負載因子。默認的的負載因子 0.75 是對空間和時間效率的一個平衡選擇。當容量超出此最大容量時,   resize 後的 HashMap 容量是容量的兩倍:

if (size++ >= threshold)   
resize(2 * table.length); 

6.    Fail-Fast 機制:

    我們知道 java.util.HashMap 不是線程安全的,因此如果在使用迭代器的過程中有其他線程修改了 map ,那麼將拋出 ConcurrentModificationException ,這就是所謂 fail-fast 策略。

    這一策略在源碼中的實現是通過 modCount 域, modCount 顧名思義就是修改次數,對 HashMap 內容的修改都將增加這個值,那麼在迭代器初始化過程中會將這個值賦給迭代器的 expectedModCount

HashIterator() {
expectedModCount = modCount;
if (size > 0) { // advance to first entry
Entry[] t = table;
while (index < t.length && (next = t[index++]) == null)
;
}
}

在迭代過程中,判斷 modCount expectedModCount 是否相等,如果不相等就表示已經有其他線程修改了 Map:

   注意到 modCount 聲明爲 volatile ,保證線程之間修改的可見性。

final Entry<K,V> nextEntry() {   
if (modCount != expectedModCount)   
throw new ConcurrentModificationException();

HashMap API 中指出:

    由所有 HashMap 類的 “collection  視圖方法 所返回的迭代器都是快速失敗的:在迭代器創建之後,如果從結構上對映射進行修改,除非通過迭代器本身的   remove  方法,其他任何時間任何方式的修改,迭代器都將拋出   ConcurrentModificationException 。因此,面對併發的修改,迭代器很快就會完全失敗,而不冒在將來不確定的時間發生任意不確定行爲的風險。

    注意,迭代器的快速失敗行爲不能得到保證,一般來說,存在非同步的併發修改時,不可能作出任何堅決的保證。快速失敗迭代器盡最大努力拋出 ConcurrentModificationException 。因此,編寫依賴於此異常的程序的做法是錯誤的,正確做法是:迭代器的快速失敗行爲應該僅用於檢測程序錯誤。

參考資料:

JDK API HashMap      HashMap  源代碼      深入理解HashMap

通過分析 JDK 源代碼研究 Hash 存儲機制      java.util.HashMap源碼要點淺析

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