轉寄 java資料結構之hashMap詳解

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概要

這一章，我們對HashMap進行學習。
我們先對HashMap有個整體認識，然後再學習它的源碼，最後再通過執行個體來學會使用HashMap。內容包括：
第1部分 HashMap介紹
第2部分 HashMap資料結構
第3部分 HashMap源碼解析(基於JDK1.6.0_45)
    第3.1部分 HashMap的“拉鏈法”相關內容
    第3.2部分 HashMap的建構函式
    第3.3部分 HashMap的主要對外介面
    第3.4部分 HashMap實現的Cloneable介面
    第3.5部分 HashMap實現的Serializable介面
第4部分 HashMap遍曆方式
第5部分 HashMap樣本

轉載請註明出處：http://www.cnblogs.com/skywang12345/p/3310835.html

 

第1部分 HashMap介紹

HashMap簡介

HashMap 是一個散列表，它儲存的內容是索引值對(key-value)映射。
HashMap 繼承於AbstractMap，實現了Map、Cloneable、java.io.Serializable介面。
HashMap 的實現不是同步的，這意味著它不是安全執行緒的。它的key、value都可以為null。此外，HashMap中的映射不是有序的。

HashMap 的執行個體有兩個參數影響其效能：“初始容量” 和 “載入因子”。容量 是雜湊表中桶的數量，初始容量 只是雜湊表在建立時的容量。載入因子 是雜湊表在其容量自動增加之前可以達到多滿的一種尺度。當雜湊表中的條目數超出了載入因子與當前容量的乘積時，則要對該雜湊表進行 rehash 操作（即重建內部資料結構），從而雜湊表將具有大約兩倍的桶數。
通常，預設載入因子是 0.75, 這是在時間和空間成本上尋求一種折衷。載入因子過高雖然減少了空間開銷，但同時也增加了查詢成本（在大多數 HashMap 類的操作中，包括 get 和 put 操作，都反映了這一點）。在設定初始容量時應該考慮到映射中所需的條目數及其載入因子，以便最大限度地減少 rehash 操作次數。如果初始容量大於最大條目數除以載入因子，則不會發生 rehash 操作。

 

HashMap的建構函式

HashMap共有4個建構函式,如下：

// 預設建構函式。HashMap()// 指定“容量大小”的建構函式HashMap(int capacity)// 指定“容量大小”和“載入因子”的建構函式HashMap(int capacity, float loadFactor)// 包含“子Map”的建構函式HashMap(Map<? extends K, ? extends V> map)

 

HashMap的API

void                 clear()Object               clone()boolean              containsKey(Object key)boolean              containsValue(Object value)Set<Entry<K, V>>     entrySet()V                    get(Object key)boolean              isEmpty()Set<K>               keySet()V                    put(K key, V value)void                 putAll(Map<? extends K, ? extends V> map)V                    remove(Object key)int                  size()Collection<V>        values()

 

第2部分 HashMap資料結構

HashMap的繼承關係

java.lang.Object   ?     java.util.AbstractMap<K, V>         ?     java.util.HashMap<K, V>public class HashMap<K,V>    extends AbstractMap<K,V>    implements Map<K,V>, Cloneable, Serializable { }

 

HashMap與Map關係如：

可以看出： 
(01) HashMap繼承於AbstractMap類，實現了Map介面。Map是"key-value索引值對"介面，AbstractMap實現了"索引值對"的通用函數介面。 
(02) HashMap是通過"拉鏈法"實現的雜湊表。它包括幾個重要的成員變數：table, size, threshold, loadFactor, modCount。
　　table是一個Entry[]數群組類型，而Entry實際上就是一個單向鏈表。雜湊表的"key-value索引值對"都是儲存在Entry數組中的。 
　　size是HashMap的大小，它是HashMap儲存的索引值對的數量。 
　　threshold是HashMap的閾值，用於判斷是否需要調整HashMap的容量。threshold的值="容量*載入因子"，當HashMap中儲存資料的數量達到threshold時，就需要將HashMap的容量加倍。
　　loadFactor就是載入因子。 
　　modCount是用來實現fail-fast機制的。

 

第3部分 HashMap源碼解析(基於JDK1.6.0_45)

為了更瞭解HashMap的原理，下面對HashMap源碼代碼作出分析。
在閱讀源碼時，建議參考後面的說明來建立對HashMap的整體認識，這樣更容易理解HashMap。

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說明:

在詳細介紹HashMap的代碼之前，我們需要瞭解：HashMap就是一個散列表，它是通過“拉鏈法”解決雜湊衝突的。
還需要再補充說明的一點是影響HashMap效能的有兩個參數：初始容量(initialCapacity) 和載入因子(loadFactor)。容量 是雜湊表中桶的數量，初始容量只是雜湊表在建立時的容量。載入因子 是雜湊表在其容量自動增加之前可以達到多滿的一種尺度。當雜湊表中的條目數超出了載入因子與當前容量的乘積時，則要對該雜湊表進行 rehash 操作（即重建內部資料結構），從而雜湊表將具有大約兩倍的桶數。

第3.1部分 HashMap的“拉鏈法”相關內容

3.1.1 HashMap資料存放區數組

transient Entry[] table;

HashMap中的key-value都是儲存在Entry數組中的。

3.1.2 資料節點Entry的資料結構

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從中，我們可以看出 Entry 實際上就是一個單向鏈表。這也是為什麼我們說HashMap是通過拉鏈法解決雜湊衝突的。
Entry 實現了Map.Entry 介面，即實現getKey(), getValue(), setValue(V value), equals(Object o), hashCode()這些函數。這些都是基本的讀取/修改key、value值的函數。

 

第3.2部分 HashMap的建構函式

HashMap共包括4個建構函式

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第3.3部分 HashMap的主要對外介面

3.3.1 clear()

clear() 的作用是清空HashMap。它是通過將所有的元素設為null來實現的。

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3.3.2 containsKey()

containsKey() 的作用是判斷HashMap是否包含key。

public boolean containsKey(Object key) {    return getEntry(key) != null;}

containsKey() 首先通過getEntry(key)擷取key對應的Entry，然後判斷該Entry是否為null。
getEntry()的源碼如下：

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getEntry() 的作用就是返回“鍵為key”的索引值對，它的實現源碼中已經進行了說明。
這裡需要強調的是：HashMap將“key為null”的元素都放在table的位置0處，即table[0]中；“key不為null”的放在table的其餘位置！

3.3.3 containsValue()

containsValue() 的作用是判斷HashMap是否包含“值為value”的元素。

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從中，我們可以看出containsNullValue()分為兩步進行處理：第一，若“value為null”，則調用containsNullValue()。第二，若“value不為null”，則尋找HashMap中是否有值為value的節點。

containsNullValue() 的作用判斷HashMap中是否包含“值為null”的元素。

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3.3.4 entrySet()、values()、keySet()

它們3個的原理類似，這裡以entrySet()為例來說明。
entrySet()的作用是返回“HashMap中所有Entry的集合”，它是一個集合。實現代碼如下：

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HashMap是通過拉鏈法實現的散列表。表現在HashMap包括許多的Entry，而每一個Entry本質上又是一個單向鏈表。那麼HashMap遍曆key-value索引值對的時候，是如何逐個去遍曆的呢？

下面我們就看看HashMap是如何通過entrySet()遍曆的。
entrySet()實際上是通過newEntryIterator()實現的。 下面我們看看它的代碼：

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當我們通過entrySet()擷取到的Iterator的next()方法去遍曆HashMap時，實際上調用的是 nextEntry() 。而nextEntry()的實現方式，先遍曆Entry(根據Entry在table中的序號，從小到大的遍曆)；然後對每個Entry(即每個單向鏈表)，逐個遍曆。

3.3.5 get()

get() 的作用是擷取key對應的value，它的實現代碼如下：

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3.3.6 put()

put() 的作用是對外提供介面，讓HashMap對象可以通過put()將“key-value”添加到HashMap中。

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若要添加到HashMap中的索引值對對應的key已經存在HashMap中，則找到該索引值對；然後新的value取代舊的value，並退出！
若要添加到HashMap中的索引值對對應的key不在HashMap中，則將其添加到該雜湊值對應的鏈表中，並調用addEntry()。
下面看看addEntry()的代碼：

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addEntry() 的作用是新增Entry。將“key-value”插入指定位置，bucketIndex是位置索引。

說到addEntry()，就不得不說另一個函數createEntry()。createEntry()的代碼如下：

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它們的作用都是將key、value添加到HashMap中。而且，比較addEntry()和createEntry()的代碼，我們發現addEntry()多了兩句：

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

那它們的區別到底是什麼呢？
閱讀代碼，我們可以發現，它們的使用情景不同。
(01) addEntry()一般用在 新增Entry可能導致“HashMap的實際容量”超過“閾值”的情況下。
       例如，我們建立一個HashMap，然後不斷通過put()向HashMap中添加元素；put()是通過addEntry()新增Entry的。
       在這種情況下，我們不知道何時“HashMap的實際容量”會超過“閾值”；
       因此，需要調用addEntry()
(02) createEntry() 一般用在 新增Entry不會導致“HashMap的實際容量”超過“閾值”的情況下。
        例如，我們調用HashMap“帶有Map”的建構函式，它繪將Map的全部元素添加到HashMap中；
       但在添加之前，我們已經計算好“HashMap的容量和閾值”。也就是，可以確定“即使將Map中的全部元素添加到HashMap中，都不會超過HashMap的閾值”。
       此時，調用createEntry()即可。

 

3.3.7 putAll()

putAll() 的作用是將"m"的全部元素都添加到HashMap中，它的代碼如下：

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3.3.8 remove()

remove() 的作用是刪除“鍵為key”元素

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第3.4部分 HashMap實現的Cloneable介面

HashMap實現了Cloneable介面，即實現了clone()方法。
clone()方法的作用很簡單，就是複製一個HashMap對象並返回。

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第3.5部分 HashMap實現的Serializable介面

HashMap實現java.io.Serializable，分別實現了串列讀取、寫入功能。
串列寫入函數是writeObject()，它的作用是將HashMap的“總的容量，實際容量，所有的Entry”都寫入到輸出資料流中。
而串列讀取函數是readObject()，它的作用是將HashMap的“總的容量，實際容量，所有的Entry”依次讀出

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第4部分 HashMap遍曆方式

4.1 遍曆HashMap的索引值對

第一步：根據entrySet()擷取HashMap的“索引值對”的Set集合。
第二步：通過Iterator迭代器遍曆“第一步”得到的集合。

// 假設map是HashMap對象// map中的key是String類型，value是Integer類型Integer integ = null;Iterator iter = map.entrySet().iterator();while(iter.hasNext()) {    Map.Entry entry = (Map.Entry)iter.next();    // 擷取key    key = (String)entry.getKey();        // 擷取value    integ = (Integer)entry.getValue();}

4.2 遍曆HashMap的鍵

第一步：根據keySet()擷取HashMap的“鍵”的Set集合。
第二步：通過Iterator迭代器遍曆“第一步”得到的集合。

// 假設map是HashMap對象// map中的key是String類型，value是Integer類型String key = null;Integer integ = null;Iterator iter = map.keySet().iterator();while (iter.hasNext()) {        // 擷取key    key = (String)iter.next();        // 根據key，擷取value    integ = (Integer)map.get(key);}

4.3 遍曆HashMap的值

第一步：根據value()擷取HashMap的“值”的集合。
第二步：通過Iterator迭代器遍曆“第一步”得到的集合。

// 假設map是HashMap對象// map中的key是String類型，value是Integer類型Integer value = null;Collection c = map.values();Iterator iter= c.iterator();while (iter.hasNext()) {    value = (Integer)iter.next();}

 

遍曆測試程式如下：

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第5部分 HashMap樣本

下面通過一個執行個體學習如何使用HashMap

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 (某一次)運行結果： 

map:{two=7, one=9, three=6}next : two - 7next : one - 9next : three - 6size:3contains key two : truecontains key five : falsecontains value 0 : falsemap:{two=7, one=9}map is empty

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