[置顶] Java集合之HashMap源码解析
2017-11-03 15:51
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Java集合系列的源码解析,分析代码的版本均为:Sun JDK1.7
这篇文章fuck的是HashMap,为什么先选择它呢,因为Android开发中最常用的数据集合就是HashMap和ArrayList,这里先Fuck HashMap。
通过本篇文章你可以知道下面几点:
1.HashMap内部采用的数据结构——>HashMap内部采用的是数组加单链表来实现的,单链表的插入为头插法。(如果对链表的理论不熟悉可以参考:线性表)
2.HashMap的扩容机制——>大于阀值,且当前索引处的值非null,则直接扩容1倍。
3.HashMap是如何解决碰撞问题的——>拉链法,即采用链表的形式,关于散列表
创建HashMap的对象有4种姿势,比如像下面这样:
代码清单1:
看下HashMap的构造函数:
代码清单2:
在上面的代码中,我们发现构造函数中没有对table进行初始化,那么数据存储在哪呢?一般new HashMap之后我们都要使用put(object object)或putAll(Map<object,object>)来进行存数据,其实putAll内部是经过循环遍历其参数来调用put来完成功能的。
下面我们先着重看一下put方法:
代码清单3:
关于put方法,我们根据上面的注释就可以明白大致的意思,这里先展开看一下inflateTable(threshold)这个函数,代码如下:
代码清单4:
代码清单4的最主要任务就是new Entry[capacity],我们继续put方法,将addEntry展开,如代码清单5:
代码清单5:
通过代码清单3至5的代码注释,我们已经清楚地了解了put操作的全过程。存的过程通晓了,存数据就是为了取,我们下面来一起看一下如何取数据,请看代码清单6:
代码清单6:
代码清单6整个逻辑比较简单,其实就是两步走,定位数组元素的索引,然后遍历单链表,若找到相应的键值对则返回value,没有直接返回null。
我觉得我们有必要看一下hash相关的函数以及数组元素的索引定位,如代码清单7:
代码清单7:
开篇的3个问题已经解释清楚了,到这里又引出新的问题:
为什么容量一定要是2的幂(即2^n)呢?
要解释为什么HashMap的长度是2的整次幂,就必须indexFor和hash函数一起来分析。
h&(length-1)中的length-1正好相当于一个"地位掩码",“与”操作的结果就是散列值的高位全部归零,只保留低位值,用来做数组下标访问,这样保证了求得的索引indx即indexFor函数的返回值不会发生越界情况。这里我们看两组数据:
16:0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001 0000 减去1=15:0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1111
32:0000 0000 0000 0000 0000 0000 0010 0000 减去1=31:0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001 1111
第一组数据:
---------h=8,length=16,indexFor返回值:8------------------------
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1000(h)
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1111 (length-1)
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1000 (index)
---------h=24,length=16,indexFor返回值:8------------------------
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001 1000
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1111
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1000
---------h=56,length=16,indexFor返回值:8------------------------
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0011 1000
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1111
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1000
第二组数据:
---------h=8,length=32,indexFor返回值:8------------------------
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1000
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001 1111
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1000
---------h=24,length=32,indexFor返回值:24------------------------
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001 1000
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001 1111
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001 1000
---------h=56,length=32,indexFor返回值:24------------------------
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0011 1000
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001 1111
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001 1000
看到没有如果我们不对hash进行扰动处理,直接进行求模运算,则发生了碰撞。来我们对上面的数据进行骚动,额,不对,进行扰动。
---------h=8,r_h=8,length=16,indexFor返回值:8------------------------
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1000 (h)
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1000 (r_h)
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1111 (length-1)
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1000 (index)
---------h=24,r_h=25,length=16,indexFor返回值:9------------------------
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001 1000 (h)
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001 1001 (r_h)
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1111 (length-1)
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1001 (index)
---------h=56,r_h=59,length=16,indexFor返回值:11------------------------
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0011 1000 (h)
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0011 1011 (r_h)
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1111 (length-1)
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1011 (index)
看到没,就因为对hash进行了扰动处理,所以第一组数据样本发生的碰撞消除了。r_h的求值是根据:h ^= (h >>> 20) ^ (h >>> 12);h ^ (h >>> 7) ^ (h >>> 4);通过上面的数据,我相信大家已经明白了hash以及indexFor两个函数了。HashMap的源码分析到此结束,其余部分的代码自行了解,此篇文章是基于jdk1.7的代码来分析的,至于1.8的改动,有时间会再出一篇文章。
转载请注明出处:http://blog.csdn.net/android_jiangjun/article/details/78436388
这篇文章fuck的是HashMap,为什么先选择它呢,因为Android开发中最常用的数据集合就是HashMap和ArrayList,这里先Fuck HashMap。
通过本篇文章你可以知道下面几点:
1.HashMap内部采用的数据结构——>HashMap内部采用的是数组加单链表来实现的,单链表的插入为头插法。(如果对链表的理论不熟悉可以参考:线性表)
2.HashMap的扩容机制——>大于阀值,且当前索引处的值非null,则直接扩容1倍。
3.HashMap是如何解决碰撞问题的——>拉链法,即采用链表的形式,关于散列表
创建HashMap的对象有4种姿势,比如像下面这样:
代码清单1:
/**HashMap源码解析使用**/ public class HashMapTest { public static void main(String[] args) { HashMap<String, String> hashMap=new HashMap<>(4,0.25f); HashMap<String, String> hashMap2=new HashMap<>(3); HashMap<String, String> hashMap3=new HashMap<>(3, 1); HashMap<String , String> tmp=new HashMap<>(); HashMap<String, String> hashMap4=new HashMap<>(tmp); hashMap.put(null, null); System.out.println(hashMap.get(null)); int a=(11 > 1) ? Integer.highestOneBit((11- 1) << 1) : 1;// System.out.println(a); hashMap.put("G1", "1"); hashMap.put("G2", "2"); hashMap.put("G3", "3"); hashMap.put("G4", "4"); hashMap.put("G5", "5"); hashMap.put("G6", "6"); hashMap.put("G7", "7"); hashMap.put("G8", "8"); hashMap.put("G9", "9"); hashMap.put("G10", "10"); hashMap.put("G11", "11"); hashMap.put("G12", "12"); System.out.println(hashMap.keySet().toString());// System.out.println(hashMap.values().toString()); System.out.println(hashMap.entrySet().toString()); } }
看下HashMap的构造函数:
代码清单2:
static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; // 默认容量16 static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;//最大容量 static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;//默认装载因子 0.75 static final Entry<?,?>[] EMPTY_TABLE = {}; transient Entry<K,V>[] table = (Entry<K,V>[]) EMPTY_TABLE;//这里注意一下,transient修饰的变量不能序列化,而且table的长度是2的幂,存数据的载体,这是一个对象数组 transient int size;// int threshold;//阀值,用于判断是否需要调整HashMap的容量(threshold=loadFactor*capacity) final float loadFactor;//装载因子,一旦指定不可改变 transient int modCount;//该hashMap总共被修改了多少次 static final int ALTERNATIVE_HASHING_THRESHOLD_DEFAULT = Integer.MAX_VALUE; public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) { if (initialCapacity < 0) throw new IllegalArgumentException("Illegal initial capacity: " + initialCapacity); if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY)//如果大于最大值,则设为最大值 initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY; if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor)) throw new IllegalArgumentException("Illegal load factor: " + loadFactor); this.loadFactor = loadFactor; threshold = initialCapacity;//初始阀值为初始容量 init();//空方法,这里不用管这个方法,没有多大的实际意义 } public HashMap(int initialCapacity) { this(initialCapacity, DEFAULT_LOAD_FACTOR); } public HashMap() { this(DEFAULT_INITIAL_CAPACITY, DEFAULT_LOAD_FACTOR);//这句话等价于:this(16,0.75); } public HashMap(Map<? extends K, ? extends V> m) { this(Math.max((int) (m.size() / DEFAULT_LOAD_FACTOR) + 1, DEFAULT_INITIAL_CAPACITY), DEFAULT_LOAD_FACTOR); inflateTable(threshold); putAllForCreate(m); }
在上面的代码中,我们发现构造函数中没有对table进行初始化,那么数据存储在哪呢?一般new HashMap之后我们都要使用put(object object)或putAll(Map<object,object>)来进行存数据,其实putAll内部是经过循环遍历其参数来调用put来完成功能的。
下面我们先着重看一下put方法:
代码清单3:
public V put(K key, V value) { if (table == EMPTY_TABLE) {//如果为空则进行初始化,这里就解决了构造函数中没有初始化table的问题 inflateTable(threshold); } if (key == null) return putForNullKey(value);//从这里可以看到hashmap是可以接收key为null的键值对,这个方法没有什么好讲的,就不展开了。 int hash = hash(key);//计算哈希值 int i = indexFor(hash, table.length);//通过哈希值来获取数组下标 for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) {//这里e=e.next是当发生碰撞时解决冲突的产物 Object k; if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {//如果已有相应的键值对,则更新其值。 V oldValue = e.value; e.value = value; e.recordAccess(this); return oldValue; } } modCount++; addEntry(hash, key, value, i);//加入新的键值对 return null; }
关于put方法,我们根据上面的注释就可以明白大致的意思,这里先展开看一下inflateTable(threshold)这个函数,代码如下:
代码清单4:
/** * Inflates the table,在这个函数的方法体中,我们可以看到table数组的实际大小要比我们调用构造函数传入的值大,原因再于减一左移调整2幂 */ private void inflateTable(int toSize) { // Find a power of 2 >= toSize int capacity = roundUpToPowerOf2(toSize);//比如tosize=11则capacity=16。 threshold = (int) Math.min(capacity * loadFactor, MAXIMUM_CAPACITY + 1);//重新设置阀值, table = new Entry[capacity];//初始化table, initHashSeedAsNeeded(capacity);//初始化哈希种子 } private static int roundUpToPowerOf2(int number) {//调整大小,返回一个2幂的值 // assert number >= 0 : "number must be non-negative"; return number >= MAXIMUM_CAPACITY ? MAXIMUM_CAPACITY : (number > 1) ? Integer.highestOneBit((number - 1) << 1) : 1;//highestOneBit的作用是:如果一个数是0, 则返回0;如果是负数, 则返回 -2147483648:【1000,0000,0000,0000,0000,0000,0000,0000】(二进制表示的数);如果是正数, 返回的则是跟它最靠近的比它小的2的N次方 } /** * Initialize the hashing mask value. We defer initialization until we * really need it. */ final boolean initHashSeedAsNeeded(int capacity) { boolean currentAltHashing = hashSeed != 0; boolean useAltHashing = sun.misc.VM.isBooted() && (capacity >= Holder.ALTERNATIVE_HASHING_THRESHOLD); boolean switching = currentAltHashing ^ useAltHashing; if (switching) { hashSeed = useAltHashing ? sun.misc.Hashing.randomHashSeed(this) : 0; } return switching; }
代码清单4的最主要任务就是new Entry[capacity],我们继续put方法,将addEntry展开,如代码清单5:
代码清单5:
//该函数的主要职责是根据需要调整table的大小 void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) { //如果当前键值对的数量已经大于阀值并且buckeIndex位置上有值(说明发生了碰撞),进行扩容处理。 if ((size >= threshold) && (null != table[bucketIndex])) {从这里我们可以看到,并不是键值对的值到达表长才开始扩容,而是达到阀值就开始扩容。 //扩容扩容,直接两倍,这里扩容扩的是数组的容量,这里直接乘以2是因为table.length的值本身就已经调整成2的幂 resize(2 * table.length); hash = (null != key) ? hash(key) : 0;//重新计算hash值 bucketIndex = indexFor(hash, table.length); } createEntry(hash, key, value, bucketIndex); } void createEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) { Entry<K,V> e = table[bucketIndex]; table[bucketIndex] = new Entry<>(hash, key, value, e);//从这两句代码可以看出,这里的单向链表采用的是头插法。 size++;//size的值只在这里更新,即只有在创建具体的键值对时才会更新值 } void resize(int newCapacity) { Entry[] oldTable = table; int oldCapacity = oldTable.length; if (oldCapacity == MAXIMUM_CAPACITY) {//如果当前容量是最大值,则阀值为最大值,并返回 threshold = Integer.MAX_VALUE; return; } Entry[] newTable = new Entry[newCapacity]; transfer(newTable, initHashSeedAsNeeded(newCapacity));//迁移键值对 table = newTable; threshold = (int)Math.min(newCapacity * loadFactor, MAXIMUM_CAPACITY + 1);//更新阀值 } /** * 这个迁移代码的核心,迁移元素的函数并不会对size的进行改变,因为迁移并没有增加元素。 */ void transfer(Entry[] newTable, boolean rehash) { int newCapacity = newTable.length; for (Entry<K,V> e : table) { while(null != e) { Entry<K,V> next = e.next; if (rehash) { e.hash = null == e.key ? 0 : hash(e.key); } int i = indexFor(e.hash, newCapacity);//这个迁移逻辑其实是把单链表反序的操作,不影响,因为HashMap本身并不对键值对有顺序要求。 e.next = newTable[i]; newTable[i] = e; e = next; } } }
通过代码清单3至5的代码注释,我们已经清楚地了解了put操作的全过程。存的过程通晓了,存数据就是为了取,我们下面来一起看一下如何取数据,请看代码清单6:
代码清单6:
public V get(Object key) { if (key == null) return getForNullKey(); Entry<K,V> entry = getEntry(key); return null == entry ? null : entry.getValue(); } private V getForNullKey() { if (size == 0) { return null; } for (Entry<K,V> e = table[0]; e != null; e = e.next) {//从这里可以看出key为null其哈希值为0 if (e.key == null) return e.value; } return null; } final Entry<K,V> getEntry(Object key) { if (size == 0) { return null; } int hash = (key == null) ? 0 : hash(key); 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 != null && key.equals(k)))) return e; } return null; }
代码清单6整个逻辑比较简单,其实就是两步走,定位数组元素的索引,然后遍历单链表,若找到相应的键值对则返回value,没有直接返回null。
我觉得我们有必要看一下hash相关的函数以及数组元素的索引定位,如代码清单7:
代码清单7:
transient int hashSeed = 0; final boolean initHashSeedAsNeeded(int capacity) { boolean currentAltHashing = hashSeed != 0; boolean useAltHashing = sun.misc.VM.isBooted() && (capacity >= Holder.ALTERNATIVE_HASHING_THRESHOLD); boolean switching = currentAltHashing ^ useAltHashing; if (switching) { hashSeed = useAltHashing ? sun.misc.Hashing.randomHashSeed(this) : 0; } return switching; } //这个hash函数的作用是计算哈希值, final int hash(Object k) { int h = hashSeed; if (0 != h && k instanceof String) { return sun.misc.Hashing.stringHash32((String) k); } h ^= k.hashCode(); h ^= (h >>> 20) ^ (h >>> 12); return h ^ (h >>> 7) ^ (h >>> 4);//做了4次扰动处理,其实就是为了减少碰撞,jdk1.8中对于该函数进行了优化,只做了一次扰动处理。 } //根据哈希值来获取table数组的索引 static int indexFor(int h, int length) { // assert Integer.bitCount(length) == 1 : "length must be a non-zero power of 2"; return h & (length-1);//当length为2^n时,这句代码等价于h%length,其实在hashmap的初始容量或者以及动态扩容的容量都是2^n,所以这里其实可以理解为求模的运算 }
开篇的3个问题已经解释清楚了,到这里又引出新的问题:
为什么容量一定要是2的幂(即2^n)呢?
要解释为什么HashMap的长度是2的整次幂,就必须indexFor和hash函数一起来分析。
h&(length-1)中的length-1正好相当于一个"地位掩码",“与”操作的结果就是散列值的高位全部归零,只保留低位值,用来做数组下标访问,这样保证了求得的索引indx即indexFor函数的返回值不会发生越界情况。这里我们看两组数据:
16:0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001 0000 减去1=15:0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1111
32:0000 0000 0000 0000 0000 0000 0010 0000 减去1=31:0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001 1111
第一组数据:
---------h=8,length=16,indexFor返回值:8------------------------
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1000(h)
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1111 (length-1)
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1000 (index)
---------h=24,length=16,indexFor返回值:8------------------------
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001 1000
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1111
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1000
---------h=56,length=16,indexFor返回值:8------------------------
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0011 1000
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1111
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1000
第二组数据:
---------h=8,length=32,indexFor返回值:8------------------------
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1000
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001 1111
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1000
---------h=24,length=32,indexFor返回值:24------------------------
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001 1000
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001 1111
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001 1000
---------h=56,length=32,indexFor返回值:24------------------------
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0011 1000
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001 1111
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001 1000
看到没有如果我们不对hash进行扰动处理,直接进行求模运算,则发生了碰撞。来我们对上面的数据进行骚动,额,不对,进行扰动。
---------h=8,r_h=8,length=16,indexFor返回值:8------------------------
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1000 (h)
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1000 (r_h)
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1111 (length-1)
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1000 (index)
---------h=24,r_h=25,length=16,indexFor返回值:9------------------------
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001 1000 (h)
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001 1001 (r_h)
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1111 (length-1)
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1001 (index)
---------h=56,r_h=59,length=16,indexFor返回值:11------------------------
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0011 1000 (h)
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0011 1011 (r_h)
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1111 (length-1)
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1011 (index)
看到没,就因为对hash进行了扰动处理,所以第一组数据样本发生的碰撞消除了。r_h的求值是根据:h ^= (h >>> 20) ^ (h >>> 12);h ^ (h >>> 7) ^ (h >>> 4);通过上面的数据,我相信大家已经明白了hash以及indexFor两个函数了。HashMap的源码分析到此结束,其余部分的代码自行了解,此篇文章是基于jdk1.7的代码来分析的,至于1.8的改动,有时间会再出一篇文章。
转载请注明出处:http://blog.csdn.net/android_jiangjun/article/details/78436388
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