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HashMap實作原理學習

2020-09-13 23:35:57 移動端開發

HashMap原始碼來自:android-25/java/util/HashMap

一、構造方法

static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;
static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 4;
static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;

public HashMap() {
	this(DEFAULT_INITIAL_CAPACITY, DEFAULT_LOAD_FACTOR);
}
// 引數默認為 4,0.75f
public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {
        if (initialCapacity < 0)
            throw new IllegalArgumentException("Illegal initial capacity: " +
                                               initialCapacity);
        // 4 < MAXIMUM_CAPACITY
        if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY) {
            initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY;
        }
        // 4 = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY
        else if (initialCapacity < DEFAULT_INITIAL_CAPACITY) {
            initialCapacity = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY;
        }
        if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor))
            throw new IllegalArgumentException("Illegal load factor: " +
                                               loadFactor);
        threshold = initialCapacity;
        init();
}

ps:
init()為空方法;構造方法中只是做了HashMap陣列容量欄位的一個簡單限制,最大為MAXIMUM_CAPACITY,最小為DEFAULT_INITIAL_CAPACITY

二、添加元素 put(K key, V value)

添加資料時,若出現沖突,
Java是通過 陣列+鏈表 的形式解決沖突,效果如下圖所示:
這里寫圖片描述

  • HashMap中有一個默認長度為16的table陣列,當陣列的容量達到默認長度的0.75倍時,則擴容兩倍;
  • 其中table陣列的每一項資料結構如下:
static class HashMapEntry<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
    final K key; // key
    V value;     // value
    HashMapEntry<K,V> next; // 鏈表的下一項
    int hash;    // key 的hash值
}

下面通過跟中原始碼查看:

table陣列初始化

介紹put(K key, V value)方法前,先簡單介紹table陣列初始化

// 添加key value
public V put(K key, V value) {
	// 如果table串列為null,則用過inflateTable方法初始化
    if (table == EMPTY_TABLE) {
        inflateTable(threshold);
    }
	...
    return null;
}
// 初始化table陣列
private void inflateTable(int toSize) {
        // Find a power of 2 >= toSize
        // 這里計算一個2的n次方的陣列容量,默認為2的4次方,為16
        int capacity = roundUpToPowerOf2(toSize);
        // 計算陣列容量的0.75倍,超過陣列容量0.75倍時,陣列需要擴容
        float thresholdFloat = capacity * loadFactor;
        if (thresholdFloat > MAXIMUM_CAPACITY + 1) {
            thresholdFloat = MAXIMUM_CAPACITY + 1;
        }
        // 陣列容量的0.75倍
        threshold = (int) thresholdFloat;
        // 初始化陣列,默認容量capacity為16
        table = new HashMapEntry[capacity];
}

ps:
這里默認初始化了一個陣列容量為16的table陣列,其中關于roundUpToPowerOf2(toSize)為什么為2的n次方的問題,在下邊進行介紹

put(K key, V value)

// 添加key value
public V put(K key, V value) {
		// 如果table串列為null,則用過inflateTable方法初始化
        if (table == EMPTY_TABLE) {
            inflateTable(threshold);
        }
        // key 為null,則添加key為null的value
        if (key == null)
            return putForNullKey(value);
        // 根據key獲取hash值
        // Jenkins hash演算法,可參考以下鏈接:
        // https://en.wikipedia.org/wiki/Jenkins_hash_function
        int hash = sun.misc.Hashing.singleWordWangJenkinsHash(key);
        //  h & (length-1) 取余太消耗性能,這里通過位運算達到同樣的效果
        // 獲取該key在table 陣列的index
        int i = indexFor(hash, table.length);
        // 回圈table[i]對應的鏈表
        // 如果 hash值相同 && key相同,則替換對應value,并回傳老的value值
        // 注:這里只是回圈table[i]位置的鏈表,對于table陣列未做回圈
        for (HashMapEntry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) {
            Object k;
            // 如果 hash值相同 && key相同,則替換對應value,并回傳老的value值
            if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {
                V oldValue = https://www.cnblogs.com/xiaxveliang/p/e.value;
                e.value = value;
                e.recordAccess(this);
                return oldValue;
            }
        }

        modCount++;
        // 以下兩種情況,則需要通過createEntry方法來看了
        // hash相同 && key不同
        // hash不同 && key不同 
        addEntry(hash, key, value, i);
        return null;
}

ps:
以上介紹了添加資料時,“如果 hash值相同 && key相同,則替換對應value,并回傳老的value值”,但對于“hash相同 && key不同”與“hash不同 && key不同”情況,則需要在createEntry中進行說明


void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
		// 當陣列的占用量,達到陣列長度的0.75倍時,則需要擴容,擴展后的容量為原容量的2倍
		// 陣列擴容首先創建一個長度為原陣列兩倍的陣列,然后將老的陣列資料賦值給新陣列的對應項專案
		// 陣列擴容的代碼,這里不再說明
        if ((size >= threshold) && (null != table[bucketIndex])) {
            resize(2 * table.length);
            hash = (null != key) ? sun.misc.Hashing.singleWordWangJenkinsHash(key) : 0;
            bucketIndex = indexFor(hash, table.length);
        }
        // hash相同 && key不同
        // hash不同 && key不同 
        createEntry(hash, key, value, bucketIndex);
}
// hash相同 && key不同
// hash不同 && key不同 
void createEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
		// 取出table[bucketIndex]陣列的原有值,可能為null,可能為HashMapEntry
		// 若為null,則直接將value放在table[bucketIndex]位置就ok了
		// 若不為null,則將新陣列放到table[bucketIndex]位置,老陣列放到新資料鏈表的next欄位
		// hash沖突就是這樣解決了,可以看到確實與上圖一致,為陣列+鏈表的方式解決沖突
        HashMapEntry<K,V> e = table[bucketIndex];
        table[bucketIndex] = new HashMapEntry<>(hash, key, value, e);
        size++;
}

ps:
通過createEntry方法,我們看到HashMap中通過陣列+鏈表方式解決了Hash沖突,呼應了上圖

roundUpToPowerOf2(toSize)為什么為2的n次方

打個比方:

  • 當陣列長度為15時,添加陣列時h & (length-1)計算成為hash&14(0x1110),那么最后一位永遠是0,從而造成table陣列中 1(0x0001),3(0x0011),5(0x0101),7(0x0111),9(0x1001),11(0x1011)等位置永遠不可以存放資料,從而造成空間浪費;
  • 更糟的是這種情況中,陣列可以使用的位置比陣列長度小了很多,這意味著進一步增加了碰撞的幾率,減慢了查詢的效率,

ps:
關于 roundUpToPowerOf2(toSize)為什么為2的n次方問題,詳細可查看
http://blog.csdn.net/yyh352091626/article/details/60866689?locationNum=4&fps=1

========== THE END ==========

wx_gzh.jpg

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