手机端小强原创文章,java小强个人博客站点
当前位置: 首页 >> 理论 >> Java HashMap的工作原理(2)

Java HashMap的工作原理(2)

26680 理论 | 2015-8-2

分析HashMap之前先介绍下什么Hashcode(散列码)。

它是一个int,每个对象都会有一个hashcode,它在内存的存放位置是放在对象的头部(对象头部存放的信息有hashcode,指向Class的引用,和一些有关垃圾回收信息)。具体如何生成hashcode,这个相当复杂,这里不深入探讨。有个问题需要讲的是,如果在你的类中覆盖了Object的equals(Object)方法,那么你必须覆盖hashCode方法,不然,当你使用HashMap,HashSet,HashTable时会出现问题。

1、当调用put(key,value)时,首先获取key的hashcode

int hash = key.hashCode();

2、再把hash通过一下运算得到一个hash 

hash ^= (hash >>> 20) ^ (hash >>> 12); 
int h = hash ^ (hash >>> 7) ^ (hash >>> 4);

为什么要经过这样的运算呢?这就是HashMap的高明之处。

先看个例子,一个十进制数32768(二进制1000 0000 0000 0000),经过上述公式运算之后的结果是35080(二进制1000 1001 0000 1000)。看出来了吗?或许这样还看不出什么,再举个数字61440(二进制1111 0000 0000 0000),运算结果是65263(二进制1111 1110 1110 1111),现在应该很明显了,它的目的是让“1”变的均匀一点,散列的本意就是要尽量均匀分布。那这样有什么意义呢?看第3步。 

3、得到h之后,把h与HashMap的承载量(HashMap的默认承载量length是16,可以自动变长。在构造HashMap的时候也可以指定一个长度。这个承载量就是上图所描述的数组的长度。)进行逻辑与运算,即 h&(length-1),这样得到的结果就是一个比length小的正数,我们把这个值叫做index。

其实这个index就是索引将要插入的值在数组中的位置。第2步那个算法的意义就是希望能够得出均匀的index,这是HashTable的改进,HashTable中的算法只是把key的hashcode与length相除取余,即hash % length,这样有可能会造成index分布不均匀。还有一点需要说明,HashMap的键可以为null,它的值是放在数组的第一个位置。 

4、我们用table[index]表示已经找到的元素需要存储的位置。先判断该位置上有没有元素(这个元素是HashMap内部定义的一个类Entity,基本结构它包含三个类,key,value和指向下一个Entity的next),没有的话就创建一个Entity<K,V>对象,在table[index]位置上插入,这样插入结束;如果有的话,通过链表的遍历方式去逐个遍历,看看有没有已经存在的key,有的话用新的value替换老的value;如果没有,则在table[index]插入该Entity,把原来在table[index]位置上的Entity赋值给新的Entity的next,这样插入结束。 

再回头看看前面提到的为什么覆盖了equals方法之后一定要覆盖hashCode方法,很简单,比如,String a = new String(“abc”);String b = new String(“abc”);如果不覆盖hashCode的话,那么a和b的hashCode就会不同,把这两个类当做key存到HashMap中的话就会出现问题,就会和key的唯一性相矛盾。


put方法的实现

/**
  * 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 which the specified value is to be associated
  * @param value
  *            value to be associated with the specified key
  * @return the previous value associated with <tt>key</tt>, or <tt>null</tt>
  *         if there was no mapping for <tt>key</tt>. (A <tt>null</tt> return
  *         can also indicate that the map previously associated
  *         <tt>null</tt> with <tt>key</tt>.)
  */
 public V put(K key, V value) {
  if (key == null)
   return putForNullKey(value);
  int hash = hash(key.hashCode());
  int i = indexFor(hash, table.length);
  for (Entry<k , V> e = table[i]; e != null; e = e.next) {
   Object k;
   if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {
    V oldValue = e.value;
    e.value = value;
    e.recordAccess(this);
    return oldValue;
   }
  }
  modCount++;
  addEntry(hash, key, value, i);
  return null;
 }

现在我们一步一步来看下上面的代码。

对key做null检查。如果key是null,会被存储到table[0],因为null的hash值总是0。

key的hashcode()方法会被调用,然后计算hash值。hash值用来找到存储Entry对象的数组的索引。有时候hash函数可能写的很不好,所以JDK的设计者添加了另一个叫做hash()的方法,它接收刚才计算的hash值作为参数。

indexFor(hash,table.length)用来计算在table数组中存储Entry对象的精确的索引。

在我们的例子中已经看到,如果两个key有相同的hash值(也叫冲突),他们会以链表的形式来存储。所以,这里我们就迭代链表。

如果在刚才计算出来的索引位置没有元素,直接把Entry对象放在那个索引上。

如果索引上有元素,然后会进行迭代,一直到Entry->next是null。当前的Entry对象变成链表的下一个节点。

如果我们再次放入同样的key会怎样呢?逻辑上,它应该替换老的value。事实上,它确实是这么做的。在迭代的过程中,会调用equals()方法来检查key的相等性(key.equals(k)),如果这个方法返回true,它就会用当前Entry的value来替换之前的value。


这里我们再来复习put的流程:当我们想一个HashMap中添加一对key-value时,系统首先会计算key的hash值,然后根据hash值确认在table中存储的位置。若该位置没有元素,则直接插入。否则迭代该处元素链表并依此比较其key的hash值。如果两个hash值相等且key值相等(e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))),则用新的Entry的value覆盖原来节点的value。如果两个hash值相等但key值不等 ,则将该节点插入该链表的链头。具体的实现过程见addEntry方法,如下:

void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
	//获取bucketIndex处的Entry
	Entry<K, V> e = table[bucketIndex];
	//将新创建的 Entry 放入 bucketIndex 索引处,并让新的 Entry 指向原来的 Entry 
	table[bucketIndex] = new Entry<K, V>(hash, key, value, e);
	//若HashMap中元素的个数超过极限了,则容量扩大两倍
	if (size++ >= threshold)
		resize(2 * table.length);
}

这个方法中有两点需要注意:

一是链的产生。这是一个非常优雅的设计。系统总是将新的Entry对象添加到bucketIndex处。如果bucketIndex处已经有了对象,那么新添加的Entry对象将指向原有的Entry对象,形成一条Entry链,但是若bucketIndex处没有Entry对象,也就是e==null,那么新添加的Entry对象指向null,也就不会产生Entry链了。

二、扩容问题。

随着HashMap中元素的数量越来越多,发生碰撞的概率就越来越大,所产生的链表长度就会越来越长,这样势必会影响HashMap的速度,为了保证HashMap的效率,系统必须要在某个临界点进行扩容处理。该临界点在当HashMap中元素的数量等于table数组长度*加载因子。但是扩容是一个非常耗时的过程,因为它需要重新计算这些数据在新table数组中的位置并进行复制处理。所以如果我们已经预知HashMap中元素的个数,那么预设元素的个数能够有效的提高HashMap的性能


get方法的实现:

/**
  * Returns the value to which the specified key is mapped, or {@code null}
  * if this map contains no mapping for the key.
  *
  * <p>
  * More formally, if this map contains a mapping from a key {@code k} to a
  * value {@code v} such that {@code (key==null ? k==null :
  * key.equals(k))}, then this method returns {@code v}; otherwise it returns
  * {@code null}. (There can be at most one such mapping.)
  *
  * </p><p>
  * A return value of {@code null} does not <i>necessarily</i> indicate that
  * the map contains no mapping for the key; it's also possible that the map
  * explicitly maps the key to {@code null}. The {@link #containsKey
  * containsKey} operation may be used to distinguish these two cases.
  *
  * @see #put(Object, Object)
  */
 public V get(Object key) {
  if (key == null)
   return getForNullKey();
  int hash = hash(key.hashCode());
  for (Entry<k , V> e = table[indexFor(hash, table.length)]; e != null; e = e.next) {
   Object k;
   if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k)))
    return e.value;
  }
  return null;
 }

当你理解了hashmap的put的工作原理,理解get的工作原理就非常简单了。当你传递一个key从hashmap总获取value的时候:

对key进行null检查。如果key是null,table[0]这个位置的元素将被返回。

key的hashcode()方法被调用,然后计算hash值。

indexFor(hash,table.length)用来计算要获取的Entry对象在table数组中的精确的位置,使用刚才计算的hash值。

在获取了table数组的索引之后,会迭代链表,调用equals()方法检查key的相等性,如果equals()方法返回true,get方法返回Entry对象的value,否则,返回null。


要牢记以下关键点:

HashMap有一个叫做Entry的内部类,它用来存储key-value对。

上面的Entry对象是存储在一个叫做table的Entry数组中。

table的索引在逻辑上叫做“桶”(bucket),它存储了链表的第一个元素。

key的hashcode()方法用来找到Entry对象所在的桶。

如果两个key有相同的hash值,他们会被放在table数组的同一个桶里面。

key的equals()方法用来确保key的唯一性。

value对象的equals()和hashcode()方法根本一点用也没有。


推荐您阅读更多有关于“ HashMap 哈希表 加载因子 ”的文章

上一篇:特洛伊:木马屠城都是扯 下一篇:Java HashMap的工作原理(1)

猜你喜欢

发表评论:

个人资料
blogger

java小强
没有思考,人生的路会越走越难!

搜索
分类
最新微语
  • 今日北京再次沙尘暴来袭,吃了几年细粮,终于能来口粗粮了,不过大早上看见这场景,还是吓我一跳,不过随后就平静了,毕竟是老朋友了。进公司又发现一股烤糊的味道,真是祸不单行啊,例外都是污染。发了两个口罩,开启保护模式。

    2017-05-04 10:16

  • 今天同学问我,最近还在写代码吗?我想了想,这个问题怎么回答呢,我好像确实很长时间,虽然写了一些,但是主要内容已经不是写代码了。然后再想想,自己也7年多了,这么多年了,我收获了什么,我的目标到底是什么。眼看就奔三了,人生啊,开启感叹模式。

    2017-03-30 22:52

  • 也许大家都已经注意到了,今年的房价,好多地方都是翻了一番,跟着就是,各地房东开始变相涨租。今年之所以搬走,就是为此,这两天同学也是如此。很多房东只认钱,别谈感情,伤钱。而对于这个城市来说,你怎么定位自己,你真把自己当成她的一份子?你来此为何?将来何去何从?自己掂量清楚。

    2016-12-05 10:03

  • 为什么一直不写了呢?因为当爸爸了,没空了。今年的冬天,有些寒冷,除了这寒冬带来的不适,更有因乐视公司遇到危机,而带来的同事别离。送别同事,看着空旷的工位,心中有些悲凉。临近年关,此时此刻,该怎么做,似乎不再是脑子一热那么简单了。

    2016-11-24 11:28

  • 已经请假,加上国庆,要很长一段时间不在北京了。919加班,搞的现在有点心累,胸闷,身体不适。看来,我要好好休息一下了。这几天有些冷,2016的冬天,一步步来了,各位亲友,记得添衣加粗啊。

    2016-09-23 17:29

  • 更多»

最新文章
热门文章
随机文章