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Map

2021-01-28 06:32:34 後端開發

原文鏈接http://zhhll.icu/2020/11/12/java%E5%9F%BA%E7%A1%80/%E9%9B%86%E5%90%88/Map/

Map

Map是一個介面,下面介紹一下Map介面的一些常用的實作類

Hashtable

Hashtable是在java1.0中實作的最早的Map,繼承自Dictionary類,底層使用的哈希表,是執行緒安全的,因為該類中的方法都是用了synchronized修飾,但是也因此存在了效率問題

如果想要使用具有用執行緒安全能力的map可以使用Collections.synchronizedMap()方法或者使用ConcurrentHashMap

public class Hashtable<K,V>
    extends Dictionary<K,V>
    implements Map<K,V>, Cloneable, java.io.Serializable {
@SuppressWarnings("unchecked")
public synchronized V get(Object key) {
  Entry<?,?> tab[] = table;
  int hash = key.hashCode();
  int index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;
  for (Entry<?,?> e = tab[index] ; e != null ; e = e.next) {
    if ((e.hash == hash) && e.key.equals(key)) {
      return (V)e.value;
    }
  }
  return null;
}

內部所使用的是一個Entry陣列進行存盤的,Entry實際上是一個鏈表,key和value都保存在Entry中

/**
 * The hash table data.
*/
private transient Entry<?,?>[] table;

private static class Entry<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
  final int hash;
  final K key;
  V value;
  Entry<K,V> next;

  protected Entry(int hash, K key, V value, Entry<K,V> next) {
    this.hash = hash;
    this.key =  key;
    this.value = https://www.cnblogs.com/life-time/archive/2021/01/27/value;
    this.next = next;
  }

  @SuppressWarnings("unchecked")
  protected Object clone() {
    return new Entry<>(hash, key, value,
                       (next==null ? null : (Entry<K,V>) next.clone()));
  }

  // Map.Entry Ops

  public K getKey() {
    return key;
  }

  public V getValue() {
    return value;
  }

  public V setValue(V value) {
    if (value =https://www.cnblogs.com/life-time/archive/2021/01/27/= null)
      throw new NullPointerException();

    V oldValue = this.value;
    this.value = value;
    return oldValue;
  }

  public boolean equals(Object o) {
    if (!(o instanceof Map.Entry))
      return false;
    Map.Entry<?,?> e = (Map.Entry<?,?>)o;

    return (key==null ? e.getKey()==null : key.equals(e.getKey())) &&
      (value==null ? e.getValue()==null : value.equals(e.getValue()));
  }

  public int hashCode() {
    return hash ^ Objects.hashCode(value);
  }

  public String toString() {
    return key.toString()+"="+value.toString();
  }
}

HashTable的key和value都不允許為null,可以看到在put操作的時候,會校驗value值是否為null,而且會獲取key的hashCode,所以key和value都不可以為null

public synchronized V put(K key, V value) {
  // Make sure the value is not null
  if (value =https://www.cnblogs.com/life-time/archive/2021/01/27/= null) {
    throw new NullPointerException();
  }

  // Makes sure the key is not already in the hashtable.
  Entry<?,?> tab[] = table;
  int hash = key.hashCode();
  int index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;
  @SuppressWarnings("unchecked")
  Entry<K,V> entry = (Entry<K,V>)tab[index];
  for(; entry != null ; entry = entry.next) {
    if ((entry.hash == hash) && entry.key.equals(key)) {
      V old = entry.value;
      entry.value = https://www.cnblogs.com/life-time/archive/2021/01/27/value;
      return old;
    }
  }

  addEntry(hash, key, value, index);
  return null;
}

HashMap

當前用的最多的還是HashMap

HashMap是執行緒不安全的,底層也是哈希表,與HashTable不同的是,key和value可以為null

可以看到在put方法取key的hash值時對key進行了判斷,key為null的話,hash值為0

public V put(K key, V value) {
  return putVal(hash(key), key, value, false, true);
}
static final int hash(Object key) {
  int h;
  return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
}

HashMap的底層使用Node陣列來存盤的

transient Node<K,V>[] table;

HashMap如果出現hash沖突的話,會在放到鏈表中,但是如果hash沖突過多的話,會導致鏈表太長,查詢時性能會下降,在鏈表長度超過一定值時,會進行結構改造,將鏈表轉換為樹狀結構,這里TREEIFY_THRESHOLD是8

final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,
               boolean evict) {
  Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, i;
  if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0) // table為null,進行初始化
    n = (tab = resize()).length;
  if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
    tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
  else {
    Node<K,V> e; K k;
    if (p.hash == hash &&
        ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
      e = p;
    else if (p instanceof TreeNode)
      e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
    else {
      // 遍歷map
      for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
        // 遍歷完依舊沒有該key,需要添加一個新的節點
        if ((e = p.next) == null) {
          p.next = newNode(hash, key, value, null);
          if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st
            // 鏈表轉為樹狀結構
            treeifyBin(tab, hash);
          break;
        }
        if (e.hash == hash &&
            ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
          break;
        p = e;
      }
    }
    if (e != null) { // existing mapping for key
      V oldValue = https://www.cnblogs.com/life-time/archive/2021/01/27/e.value;
      if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
        e.value = value;
      afterNodeAccess(e);
      return oldValue;
    }
  }
  ++modCount;
  if (++size > threshold)
    resize();
  afterNodeInsertion(evict);
  return null;
}

TreeMap

TreeMap底層是紅黑樹,實作了SortedMap介面,順序由key控制(默認是按key進行,key必須實作Comparable介面或者在構造器傳入自定義的Comparator),通過Comparator或者Comparable決定,

public class TreeMap<K,V>
    extends AbstractMap<K,V>
    implements NavigableMap<K,V>, Cloneable, java.io.Serializable

 public interface NavigableMap<K,V> extends SortedMap<K,V>
// key進行比較
final int compare(Object k1, Object k2) {
    return comparator==null ? ((Comparable<? super K>)k1).compareTo((K)k2)
        : comparator.compare((K)k1, (K)k2);
}

LinkedHashMap

LinkedHashMap屬于一個雙向鏈表,通過鍵值來維護,遍歷順序為插入順序,相當于一個有順序的HashMap

增加了兩個屬性來保證迭代順序,分別是雙向鏈表的頭結點header和標志位accessOrder(值為true表示按照訪問順序迭代,值為false表示按照插入順序迭代)

默認構造器accessOrder為false是按照插入順序迭代的

public LinkedHashMap() {
  super();
  accessOrder = false;
}

ConcurrentHashMap

ConcurrentHashMap是并發包下的類,屬于執行緒安全的HashMap,

java8中ConcurrentHashMap放棄了Segment分段加鎖的機制,采用了Node+CAS+Syncronized保證并發安全,

大量的采用了自旋+CAS操作

key和value都不可以為null,否則會拋出空指標例外

final V putVal(K key, V value, boolean onlyIfAbsent) {
        if (key == null || value =https://www.cnblogs.com/life-time/archive/2021/01/27/= null) throw new NullPointerException();
        int hash = spread(key.hashCode());
        int binCount = 0;
        for (Node[] tab = table;;) {
            Node f; int n, i, fh;
            if (tab == null || (n = tab.length) == 0)
                tab = initTable();
            else if ((f = tabAt(tab, i = (n - 1) & hash)) == null) {
                if (casTabAt(tab, i, null,
                             new Node(hash, key, value, null)))
                    break;                   // no lock when adding to empty bin
            }
            else if ((fh = f.hash) == MOVED)
                tab = helpTransfer(tab, f);
            else {
                V oldVal = null;
                synchronized (f) {
                    if (tabAt(tab, i) == f) {
                        if (fh >= 0) {
                            binCount = 1;
                            for (Node e = f;; ++binCount) {
                                K ek;
                                if (e.hash == hash &&
                                    ((ek = e.key) == key ||
                                     (ek != null && key.equals(ek)))) {
                                    oldVal = e.val;
                                    if (!onlyIfAbsent)
                                        e.val = value;
                                    break;
                                }
                                Node pred = e;
                                if ((e = e.next) == null) {
                                    pred.next = new Node(hash, key,
                                                              value, null);
                                    break;
                                }
                            }
                        }
                        else if (f instanceof TreeBin) {
                            Node p;
                            binCount = 2;
                            if ((p = ((TreeBin)f).putTreeVal(hash, key,
                                                           value)) != null) {
                                oldVal = p.val;
                                if (!onlyIfAbsent)
                                    p.val = value;
                            }
                        }
                    }
                }
                if (binCount != 0) {
                    if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD)
                        treeifyBin(tab, i);
                    if (oldVal != null)
                        return oldVal;
                    break;
                }
            }
        }
        addCount(1L, binCount);
        return null;
    }

HashMap和HashTable的區別

  • HashMap執行緒不安全,HashTable執行緒安全
  • HashMap性能比HashTable好
  • HashMap鍵值允許為null,HashTable鍵值不允許為null
  • HashMap繼承AbstractMap,HashTable繼承Dictionary類
  • HashMap初始容量為16,HashTable初始容量為11
  • HashMap擴容是翻一倍,HashTable是翻一倍+1
  • HashMap的Iterator迭代器是fail-fast的,而HashTable的Enumerator是fail-safe的

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