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java中HashMap学习

26220 java | 2015-3-16

什么是HashMap
HashMap基于hashing原理,我们通过put()和get()方法储存和获取对象。当我们将键值对传递给put()方法时,它调用键对象的hashCode()方法来计算hashcode,让后找到bucket位置来储存值对象。当获取对象时,通过键对象的equals()方法找到正确的键值对,然后返回值对象。HashMap使用链表来解决碰撞问题,当发生碰撞了,对象将会储存在链表的下一个节点中。

public V put(K key, V value) {
 if (key == null)
  return putForNullKey(value);
 int hash = hash(key.hashCode());
 int i = indexFor(hash, table.length);  // bucket位置
 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; // 如果该Key已经存在,会返回之前保存的值
  }
 }
 modCount++;
 addEntry(hash, key, value, i);
 return null;
}
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;
}

当两个对象的hashcode相同会发生什么?
它们会储存在同一个bucket位置的链表中。键对象的equals()方法用来找到键值对。

如果HashMap的大小超过了负载因子定义容量,怎么办?
默认的负载因子大小为0.75,也就是说,当一个map填满了75%的bucket时候,和其它集合类(如ArrayList等)一样,将会创建原来HashMap大小的两倍的bucket数组,来重新调整map的大小,并将原来的对象放入新的bucket数组中。这个过程叫作rehashing,因为它调用hash方法找到新的bucket位置。

addEntry(hash, key, value, i);
void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
 Entry<K,V> e = table[bucketIndex];
 table[bucketIndex] = new Entry<K,V>(hash, key, value, e);
 if (size++ >= threshold)
  resize(2 * table.length);
}
void resize(int newCapacity) {
 Entry[] oldTable = table;
 int oldCapacity = oldTable.length;
 if (oldCapacity == MAXIMUM_CAPACITY) {
  threshold = Integer.MAX_VALUE;
  return;
 }
 Entry[] newTable = new Entry[newCapacity];
 transfer(newTable);
 table = newTable;
 threshold = (int)(newCapacity * loadFactor);
}

如果使用的是默认,即直接new HashMap<String, Object>(),那么在put第12个元素时,就会进行resize操作

static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 16;
static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;
public HashMap() {
 this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR;
 threshold = (int)(DEFAULT_INITIAL_CAPACITY * DEFAULT_LOAD_FACTOR);
 table = new Entry[DEFAULT_INITIAL_CAPACITY];
 init();
}

所以你应该评估自己可能缓存的数量,使用HashMap(int initialCapacity, float loadFactor)构造一个带指定初始容量和加载因子的空 HashMap。

public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {
 if (initialCapacity < 0)
  throw new IllegalArgumentException("Illegal initial capacity: " +
             initialCapacity);
 if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY)
  initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY;
 if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor))
  throw new IllegalArgumentException("Illegal load factor: " +
             loadFactor);
 // Find a power of 2 >= initialCapacity
 int capacity = 1;
 while (capacity < initialCapacity)
  capacity <<= 1;
 this.loadFactor = loadFactor;
 threshold = (int)(capacity * loadFactor);
 table = new Entry[capacity];
 init();
}

重新调整HashMap大小存在什么问题
当重新调整HashMap大小的时候,存在条件竞争,因为如果两个线程都发现HashMap需要重新调整大小了,它们会同时试着调整大小。在调整大小的过程中,存储在链表中的元素的次序会反过来,因为移动到新的bucket位置的时候,HashMap并不会将元素放在链表的尾部,而是放在头部,这是为了避免尾部遍历(tail traversing)。如果条件竞争发生了,那么就死循环了。
上面看到resize会操作table,而操作方法本身和table都是非线程安全

 

为什么String, Interger这样的wrapper类适合作为键
String,Interger这样的wrapper类作为HashMap的键是再适合不过了,而且String最为常用。因为String是不可变的,也是final的,而且已经重写了equals()和hashCode()方法了。其他的wrapper类也有这个特点。不可变性是必要的,因为为了要计算hashCode(),就要防止键值改变,如果键值在放入时和获取时返回不同的hashcode的话,那么就不能从HashMap中找到你想要的对象。不可变性还有其他的优点如线程安全。如果你可以仅仅通过将某个field声明成final就能保证hashCode是不变的,那么请这么做吧。因为获取对象的时候要用到equals()和hashCode()方法,那么键对象正确的重写这两个方法是非常重要的。如果两个不相等的对象返回不同的hashcode的话,那么碰撞的几率就会小些,这样就能提高HashMap的性能。

 

我们可以使用自定义的对象作为键吗
当然你可能使用任何对象作为键,只要它遵守了equals()和hashCode()方法的定义规则,并且当对象插入到Map中之后将不会再改变了。如果这个自定义对象时不可变的,那么它已经满足了作为键的条件,因为当它创建之后就已经不能改变了。

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