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Java 集合HashMap

介绍

HashMap底层是数组和链表(红黑树)的组合(jdk1.8之前是数组和链表,之后是数组和链表(或红黑树)),线程不安全,允许key和value为null,遍历时无序。

新增数据到链表的时候,JDK1.8之前采用的是头插法,之后采用的尾插法。之所以改为尾插法,是因为多线程操作情况下,头插法在扩容(resize)的时候会发生链表节点互相引用的情况,在该链表查找一个不存在的数据会导致死循环(Infinite Loop)。具体原因可参考:疫苗:JAVA HASHMAP的死循环

因数组容量是有限的,数据多次插入到达一定的数量(threshold)就会进行扩容,也就是resize,一般扩大为原来的两倍。

HashMap扩容的时候首先会创建新的数组(长度为原来数组的2倍),然后重新Rehash到新的数组(遍历原来的数组,把所有的节点重新hash到新的数组)。

在添加节点时候,jdk1.8中链表长度大于等于8的时候则会转化为红黑树。当扩容的时候链表长度小于等于6的时候会重新转化为链表。另外将链表树化的最小数组容量为64(MIN_TREEIFY_CAPACITY),当链表节点较多,数组容量未达到64的时候,则进行数组扩容。

HashMap不是线程安全的,线程安全使用Collections.synchronizedMap(Map),HashTable ,ConcurrentHashMap,现在都是使用ConcurrentHashMap,并发度更高,性能和效率更好。

HashMap默认初始化容量为16(DEFAULT_INITIAL_CAPACITY),默认负载因子为0.75f(DEFAULT_LOAD_FACTOR)。

构造函数


/**
 * 初始默认容量,必须是2的幂
 */
static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; // aka 16

/**
 * 最大容量,2的30次方
 */
static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;

/**
 * 负载因子,默认为0.75f
 */
static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;

/**
 * 链表树化阈值,转化为树的时候,必须链表节点数至少为8
 */
static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8;

/**
 * 红黑树节点数等于6的时候会转化为单链表
 */
static final int UNTREEIFY_THRESHOLD = 6;

/**
 * 树化最小的数组容量为64
 */
static final int MIN_TREEIFY_CAPACITY = 64;

/**
 * 数组 第一次使用的时候初始化
 */
transient Node<K,V>[] table;

/**
 * key-value 数量
 */
transient int size;

/**
 * hash表内元素数量的阈值,超过阈值则进行resize
 */
int threshold;

/**
 * 负载因子 threshold = table.lenth * loadFactor
 */
final float loadFactor;

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);
    this.loadFactor = loadFactor;
    //设置阈值为大于等于initialCapacity的2的n次方
    this.threshold = tableSizeFor(initialCapacity);
}

public HashMap(int initialCapacity) {
    this(initialCapacity, DEFAULT_LOAD_FACTOR);
}

public HashMap() {
    this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR; // all other fields defaulted
}

public HashMap(Map<? extends K, ? extends V> m) {
    this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR;
    putMapEntries(m, false);
}
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/**
 * 返回大于等于cap的 2的n次方作为 table的阈值
 */
static final int tableSizeFor(int cap) {
    int n = cap - 1;
    n |= n >>> 1;
    n |= n >>> 2;
    n |= n >>> 4;
    n |= n >>> 8;
    n |= n >>> 16;
    return (n < 0) ? 1 : (n >= MAXIMUM_CAPACITY) ? MAXIMUM_CAPACITY : n + 1;
}
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//map初始化或者putAll的时候会用到,map初始化的时候evict为false,其它都为true
final void putMapEntries(Map<? extends K, ? extends V> m, boolean evict) {
    int s = m.size();
    if (s > 0) {
        if (table == null) { // pre-size
            float ft = ((float)s / loadFactor) + 1.0F;
            int t = ((ft < (float)MAXIMUM_CAPACITY) ?
                    (int)ft : MAXIMUM_CAPACITY);
            if (t > threshold)
                threshold = tableSizeFor(t);
        }
        else if (s > threshold)
            resize();
        for (Map.Entry<? extends K, ? extends V> e : m.entrySet()) {
            K key = e.getKey();
            V value = e.getValue();
            putVal(hash(key), key, value, false, evict);
        }
    }
}
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//初始化或者是之前哈希表的两倍。当table为null时,分配符合当前阈值的初始化容量。否则扩容为原来的两倍。在扩容的时候要区分以前在哈希表的index的节点,现在是在以前的index里面,还是在index+oldLenth里面。

final Node<K,V>[] resize() {
    Node<K,V>[] oldTab = table;
    int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length;
    int oldThr = threshold;
    int newCap, newThr = 0;
    if (oldCap > 0) {
        if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) {
            threshold = Integer.MAX_VALUE;
            return oldTab;
        }
        else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY &&
                 oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)
            newThr = oldThr << 1; // double threshold
    }
    else if (oldThr > 0) // initial capacity was placed in threshold
        newCap = oldThr;
    else {               // zero initial threshold signifies using defaults
        newCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY;
        newThr = (int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY);
    }
    if (newThr == 0) {
        float ft = (float)newCap * loadFactor;
        newThr = (newCap < MAXIMUM_CAPACITY && ft < (float)MAXIMUM_CAPACITY ?
                  (int)ft : Integer.MAX_VALUE);
    }
    threshold = newThr;
    @SuppressWarnings({"rawtypes","unchecked"})
        Node<K,V>[] newTab = (Node<K,V>[])new Node[newCap];
    table = newTab;
    if (oldTab != null) {
        for (int j = 0; j < oldCap; ++j) {
            Node<K,V> e;
            if ((e = oldTab[j]) != null) {
                oldTab[j] = null;
                if (e.next == null)
                    newTab[e.hash & (newCap - 1)] = e;
                else if (e instanceof TreeNode)
                    ((TreeNode<K,V>)e).split(this, newTab, j, oldCap);
                else { // preserve order
                    Node<K,V> loHead = null, loTail = null;
                    Node<K,V> hiHead = null, hiTail = null;
                    Node<K,V> next;
                    do {
                        next = e.next;
                        if ((e.hash & oldCap) == 0) {
                            if (loTail == null)
                                loHead = e;
                            else
                                loTail.next = e;
                            loTail = e;
                        }
                        else {
                            if (hiTail == null)
                                hiHead = e;
                            else
                                hiTail.next = e;
                            hiTail = e;
                        }
                    } while ((e = next) != null);
                    if (loTail != null) {
                        loTail.next = null;
                        newTab[j] = loHead;
                    }
                    if (hiTail != null) {
                        hiTail.next = null;
                        newTab[j + oldCap] = hiHead;
                    }
                }
            }
        }
    }
    return newTab;
}
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增,改

1.向表中增加或者覆盖一个key-value

public V put(K key, V value) {
    return putVal(hash(key), key, value, false, true);
}
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2.向表中批量增加数据

public void putAll(Map<? extends K, ? extends V> m) {
    putMapEntries(m, true);
}
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3.key对应的value之前存在,不会覆盖,不存在进行增加

@Override
public V putIfAbsent(K key, V value) {
    return putVal(hash(key), key, value, true, true);
}
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删除

以key为条件删除

如果key对应的value存在,则删除这个键值对,并返回value。如果不存在,则返回null

public V remove(Object key) {
    Node<K,V> e;
    return (e = removeNode(hash(key), key, null, false, true)) == null ?
        null : e.value;
}
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final Node<K,V> removeNode(int hash, Object key, Object value,
                           boolean matchValue, boolean movable) {
    //p是待删除节点的前置节点
    Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, index;
    if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 &&
        (p = tab[index = (n - 1) & hash]) != null) {
        //node为要删除的节点
        Node<K,V> node = null, e; K k; V v;
        //如果链表头就是需要删除的节点
        if (p.hash == hash &&
            ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
            node = p;//将待删除节点赋给node
        else if ((e = p.next) != null) {//否则循环遍历,找到待删除节点赋给node
            if (p instanceof TreeNode)
                node = ((TreeNode<K,V>)p).getTreeNode(hash, key);
            else {
                do {
                    if (e.hash == hash &&
                        ((k = e.key) == key ||
                         (key != null && key.equals(k)))) {
                        node = e;
                        break;
                    }
                    p = e;
                } while ((e = e.next) != null);
            }
        }
        if (node != null && (!matchValue || (v = node.value) == value ||
                             (value != null && value.equals(v)))) {
            if (node instanceof TreeNode)
                ((TreeNode<K,V>)node).removeTreeNode(this, tab, movable);
            else if (node == p)//连表头为待删除节点
                tab[index] = node.next;
            else //待删除节点在链表中
                p.next = node.next;
            ++modCount;
            --size;
            afterNodeRemoval(node);
            return node;
        }
    }
    return null;
}
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以key value为条件删除

@Override
public boolean remove(Object key, Object value) {
    return removeNode(hash(key), key, value, true, true) != null;
}
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以key为条件,找到返回value,没找到返回null

public V get(Object key) {
    Node<K,V> e;
    return (e = getNode(hash(key), key)) == null ? null : e.value;
}
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HashMap 和HashTbale的区别

1.Hashtable 是不允许键或值为 null 的,HashMap 的键值则都可以为 null

2.Hashtable是线程安全的,HashMap不是线程安全的

3.HashMap的默认容量为16,HashTable的默认容量为11,负载因为都是0.75f,扩容HashMap扩容为原来容量的2倍,HashTbale扩容为原来的2倍加1

4。HashTable是直接使用key的hashCode(key.hashCode())作为hash值,不像HashMap内部使用static final int hash(Object key)扰动函数对key的hashCode进行扰动后作为hash值。

5.Hashtable是Dictionary的子类同时也实现了Map接口,HashMap是继承AbstractMap同时也实现了Map接口。

6.迭代器不同:HashMap 中的 Iterator 迭代器是 fail-fast 的,而 Hashtable 的 Enumerator 不是 fail-fast 的

7.HashTable取哈希桶下标是直接用模运算%.(因为其默认容量也不是2的n次方。所以也无法用位运算替代模运算)

参考:juejin.cn/post/684490…

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