Java HashMap详解

简介: Java HashMap详解

1. HashMap概览



  1. HashMap类定义
   HashMap<K,V> extends AbstractMap<K,V> 
       implements Map<K,V>

HashMap继承了AbstractMap同时实现了Map接口,说明HashMap同样具有2对修改操作 3个遍历操作,5个查询操作。本文的主要大概也将围绕这10个操作来讲解HashMap


  1. Node类


在Map接口中,定义了一个Entry

    interface Entry<K,V> {
            K getKey();
            V getValue();
            V setValue(V value);
    }

在HashMap中定义了静态内部类Node来表示HashMap中键值对的数据结构

static class Node<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
        final int hash;//key对应的hash值
        final K key;//key是不可变的
        V value;
        Node<K,V> next;//链表指向的下一个Node,是为了解决Hash冲突
        Node(int hash, K key, V value, Node<K,V> next) {
            this.hash = hash;
            this.key = key;
            this.value = value;
            this.next = next;
        }
        public final K getKey()        { return key; }
        public final V getValue()      { return value; }
        public final String toString() { return key + "=" + value; }
        public final int hashCode() {
            return Objects.hashCode(key) ^ Objects.hashCode(value);
        }
        public final V setValue(V newValue) {
            V oldValue = value;
            value = newValue;
            return oldValue;
        }
        public final boolean equals(Object o) {
            if (o == this)
                return true;
            if (o instanceof Map.Entry) {
                Map.Entry<?,?> e = (Map.Entry<?,?>)o;
                if (Objects.equals(key, e.getKey()) &&
                    Objects.equals(value, e.getValue()))
                    return true;
            }
            return false;
        }
    }
  1. HashMap内部数据结构


HashMap内部的基础数据结构是数组+链表/红黑树实现。数组的实现好处是支持随机访问,根据下标查询的时间复杂是o(1)。

transient Node<K,V>[] table;

4.根据key的hash值确定Node在table数组中的下标

计算hash值
static final int hash(Object key) {
    int h;
    return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
}
通过table的length&hash值确定下标
i = (n - 1) & hash]

2. Map接口详解



1. V put(K,V)


思路讲解


通过key计算hash值,并通过hash值确认在table数组中的位置i

如果table[i]==null,根据key value创建Node对象赋值给table[i]

如果table[i]!=null,通过next遍历table[i]上的Node。如果key相等替换Node,如果不相等,创建Node添加到链表最后面(这里不讲红黑树)


//V !!!!注意  返回的是原先的值 
final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,
                   boolean evict) {
        Node<K,V>[] tab; 
        Node<K,V> p; 
        int n, i;
        //如果table数组还没有初始化,通过resize()初始化
        if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
            n = (tab = resize()).length;
        //通过hash值定位到数组的下标,如果该位置上没有数据,创建node并赋值到该位置上    
        if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
            tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
        else {
        //如果下标的位置上有数据
            Node<K,V> e; K k;
            //如果位置上的hash值和key与要插入的Node相等,把节点赋值给e。后面会替换e的value
            if (p.hash == hash &&
                ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                e = p;
            else if (p instanceof TreeNode)
            //如果节点已经红黑树化了,插入到红黑树中
                e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
            else {//还是链表的形式存储
                //遍历当前数组上的Node的链表
                for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
                    //遍历到最后一个Node
                    if ((e = p.next) == null) {
                        //新建Node指向链表最后面
                        p.next = newNode(hash, key, value, null);
                        //如果链表的长度超过了8 将链表红黑树化
                        if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st
                            treeifyBin(tab, hash);
                        break;
                    }
                    //如果遍历的过程发现了key相同的
                    if (e.hash == hash &&
                        ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                        break;
                    //条件不满足p指针往后移动
                    p = e;
                }
            }
            //对于已经存在的key替换value的值
            if (e != null) { // existing mapping for key
                V oldValue = e.value;
                if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
                    e.value = value;
                //afterNodeAccess(e)!!!注意这个方法LinkedHashMap会用到,在HashMap中是空实现
                afterNodeAccess(e);
                return oldValue;
            }
        }
        ++modCount;
        //如果插入后数组大小超过设置的值 需要对数组扩容
        if (++size > threshold)
            resize();
        //hashMap是空实现
        afterNodeInsertion(evict);
        return null;
    }

afterNodeAccess只在put后才会调整

红黑树化 这里暂时没看懂
final void treeifyBin(Node<K,V>[] tab, int hash) {
        int n, index; Node<K,V> e;
        if (tab == null || (n = tab.length) < MIN_TREEIFY_CAPACITY)
        //扩容
            resize();
        else if ((e = tab[index = (n - 1) & hash]) != null) {
            TreeNode<K,V> hd = null, tl = null;
            do {
                TreeNode<K,V> p = replacementTreeNode(e, null);
                if (tl == null)
                    hd = p;
                else {
                    p.prev = tl;
                    tl.next = p;
                }
                tl = p;
            } while ((e = e.next) != null);
            if ((tab[index] = hd) != null)
                hd.treeify(tab);//双链表红黑树化
        }
    }

2. V get(Object key)



思路讲解


通过key计算hash值,通过hash值获取数组的下标i

若果table[i]==null,返回null

如果table[i]!=null

判断table[i]的hash值和key是否和要查询的相等,如果相等返回。

如果不相等,如果节点是红黑树,通过红黑树遍历,如果是链表通过链表遍历。

final Node<K,V> getNode(int hash, Object key) {
        Node<K,V>[] tab; Node<K,V> first, e; int n; K k;
        if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 &&
            (first = tab[(n - 1) & hash]) != null) {
            if (first.hash == hash && // always check first node
                ((k = first.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                return first;
            if ((e = first.next) != null) {
                if (first instanceof TreeNode)
                    return ((TreeNode<K,V>)first).getTreeNode(hash, key);
                do {
                    if (e.hash == hash &&
                        ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                        return e;
                } while ((e = e.next) != null);
            }
        }
        return null;
    }

3. int size()

public int size() {
        return size;
    }

4. boolean isEmpty()

public boolean isEmpty() {
    return size == 0;
}

5. Set

public Set<Map.Entry<K,V>> entrySet() {
    Set<Map.Entry<K,V>> es;
    return (es = entrySet) == null ? (entrySet = new EntrySet()) : es;
}
final class EntrySet extends AbstractSet<Map.Entry<K,V>> {
    public final int size()                 { return size; }
    public final void clear()               { HashMap.this.clear(); }
    public final Iterator<Map.Entry<K,V>> iterator() {
        return new EntryIterator();//主要是通过迭代器来实现遍历
    }
}
final class EntryIterator extends HashIterator
    implements Iterator<Map.Entry<K,V>> {
    public final Map.Entry<K,V> next() { return nextNode(); }
}
abstract class HashIterator {
        Node<K,V> next;        // next entry to return
        Node<K,V> current;     // current entry
        int expectedModCount;  // for fast-fail
        int index;             // current slot
        HashIterator() {
            expectedModCount = modCount;
            Node<K,V>[] t = table;
            current = next = null;
            index = 0;
            if (t != null && size > 0) { // 遍历数组找到第一个不为null的Node
                do {} while (index < t.length && (next = t[index++]) == null);
            }
        }
        public final boolean hasNext() {
            return next != null;
        }
        final Node<K,V> nextNode() {
            Node<K,V>[] t;
            Node<K,V> e = next;
            if (modCount != expectedModCount)
                throw new ConcurrentModificationException();
            if (e == null)
                throw new NoSuchElementException();
            if ((next = (current = e).next) == null && (t = table) != null) {//先遍历链表,如果链表还有数据
                do {} while (index < t.length && (next = t[index++]) == null);//再遍历数组
            }
            return e;
        }
        public final void remove() {
            Node<K,V> p = current;
            if (p == null)
                throw new IllegalStateException();
            if (modCount != expectedModCount)
                throw new ConcurrentModificationException();
            current = null;
            K key = p.key;
            removeNode(hash(key), key, null, false, false);
            expectedModCount = modCount;
        }
    }


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