java提高篇(二三)

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      HashMap也是我们都我们都儿使用非常多的Collection,它是基于哈希表的 Map 接口的实现,以key-value的形式趋于稳定。在HashMap中,key-value总爱会当做八个 整体来处置,系统会根据hash算法来来计算key-value的存储位置,我们都我们都儿总爱可不时要通过key快速地存、取value。下面就来分析HashMap的存取。

一、定义

      HashMap实现了Map接口,继承AbstractMap。其中Map接口定义了键映射到值的规则,而AbstractMap类提供 Map 接口的骨干实现,以最大限度地减少实现此接口所需的工作,确实AbstractMap类可能实现了Map,这里标注Map LZ确实应该是更加清晰吧!

public class HashMap<K,V>
    extends AbstractMap<K,V>
    implements Map<K,V>, Cloneable, Serializable

二、构造函数

      HashMap提供了八个 构造函数:

      HashMap():构造八个 具有默认初始容量 (16) 和默认加载因子 (0.75) 的空 HashMap。

      HashMap(int initialCapacity):构造八个 带指定初始容量和默认加载因子 (0.75) 的空 HashMap。

      HashMap(int initialCapacity, float loadFactor):构造八个 带指定初始容量和加载因子的空 HashMap。

      在这里提到了八个 参数:初始容量,加载因子。这八个 参数是影响HashMap性能的重要参数,其中容量表示哈希表中桶的数量,初始容量是创建哈希表时的容量,加载因子是哈希表在其容量自动增加想要可不时要达到多满的某种尺度,它衡量的是八个 散列表的空间的使用程度,负载因子越大表示散列表的装填程度越高,反之愈小。对于使用链表法的散列表来说,查找八个 元素的平均时间是O(1+a),想要 可能负载因子越大,对空间的利用更充分,然而后果是查找下行速率 的降低;可能负载因子太小,没办法 散列表的数据将过于稀疏,对空间造成严重浪费。系统默认负载因子为0.75,一般情况表下我们都我们都儿是后会修改的。

      HashMap是某种支持快速存取的数据内控 ,要了解它的性能时要要了解它的数据内控 。

三、数据内控

      我们都我们都儿知道在Java中最常用的某种内控 是数组和模拟指针(引用),几乎所有的数据内控 都可不时要利用这某种来组合实现,HashMap也是没办法 。实际上HashMap是八个 “链表散列”,如下是它数据内控 :

      从上图我们都我们都儿可不时要看出HashMap底层实现还是数组,要是数组的每一项全是第一根链。其中参数initialCapacity就代表了该数组的长度。下面为HashMap构造函数的源码:

public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {
        //初始容量只能<0
        if (initialCapacity < 0)
            throw new IllegalArgumentException("Illegal initial capacity: "
                    + initialCapacity);
        //初始容量只能 > 最大容量值,HashMap的最大容量值为2^100
        if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY)
            initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY;
        //负载因子只能 < 0
        if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor))
            throw new IllegalArgumentException("Illegal load factor: "
                    + loadFactor);

        // 计算出大于 initialCapacity 的最小的 2 的 n 次方值。
        int capacity = 1;
        while (capacity < initialCapacity)
            capacity <<= 1;
        
        this.loadFactor = loadFactor;
        //设置HashMap的容量极限,当HashMap的容量达到该极限时就会进行扩容操作
        threshold = (int) (capacity * loadFactor);
        //初始化table数组
        table = new Entry[capacity];
        init();
    }

      从源码中可不时要看出,每次新建八个 HashMap时,全是初始化八个 table数组。table数组的元素为Entry节点。

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

        /**
         * Creates new entry.
         */
        Entry(int h, K k, V v, Entry<K,V> n) {
            value = v;
            next = n;
            key = k;
            hash = h;
        }
        .......
    }

      其中Entry为HashMap的内控 类,它含晒 了键key、值value、下八个 节点next,以及hash值,这是非常重要的,正是可能Entry才构成了table数组的项为链表。

      上端简单分析了HashMap的数据内控 ,下面将探讨HashMap是咋样实现快速存取的。

四、存储实现:put(key,vlaue)

      首先我们都我们都儿先看源码

public V put(K key, V value) {
        //当key为null,调用putForNullKey最好的法子,保存null与table第八个

位置中,这是HashMap允许为null的愿因
        if (key == null)
            return putForNullKey(value);
        //计算key的hash值
        int hash = hash(key.hashCode());                  ------(1)
        //计算key hash 值在 table 数组中的位置
        int i = indexFor(hash, table.length);             ------(2)
        //从i出想要刚现在刚开始迭代 e,找到 key 保存的位置
        for (Entry<K, V> e = table[i]; e != null; e = e.next) {
            Object k;
            //判断该条链上否是有hash值相同的(key相同)
            //若趋于稳定相同,则直接覆盖value,返回旧value
            if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {
                V oldValue = e.value;    //旧值 = 新值
                e.value = value;
                e.recordAccess(this);
                return oldValue;     //返回旧值
            }
        }
        //修改次数增加1
        modCount++;
        //将key、value打上去至i位置处
        addEntry(hash, key, value, i);
        return null;
    }

      通过源码我们都我们都儿可不时要清晰看后HashMap保存数据的过程为:首先判断key否是为null,若为null,则直接调用putForNullKey最好的法子。若不为空则先计算key的hash值,想要 根据hash值搜索在table数组中的索引位置,可能table数组在该位置处有元素,则通过比较否是趋于稳定相同的key,若趋于稳定则覆盖想要 key的value,想要 将该元素保趋于稳定链头(最先保存的元素放上链尾)。若table在该处没办法 元素,则直接保存。某种过程看似比较简单,确实深有内幕。有如下几点:

      1、 先看迭代处。此处迭代愿因要是为了处置趋于稳定相同的key值,若发现八个 hash值(key)相同时,HashMap的处置最好的法子是用新value替换旧value,这里并没办法 处置key,这就解释了HashMap中没办法 八个 相同的key。

      2、 在看(1)、(2)处。这里是HashMap的精华所在。首先是hash最好的法子,该最好的法子为八个 纯粹的数学计算,要是计算h的hash值。

static int hash(int h) {
        h ^= (h >>> 20) ^ (h >>> 12);
        return h ^ (h >>> 7) ^ (h >>> 4);
    }

      我们都我们都儿知道对于HashMap的table而言,数据分布时要均匀(最好部分都只能八个 元素,想要 就可不时要直接找到),只能太紧要是能太松,太紧会愿因查询下行速率 慢,太松则浪费空间。计算hash值后,为什么在么在才能保证table元素分布均与呢?我们都我们都儿会想到取模,想要 可能取模的消耗较大,HashMap是想要 处置的:调用indexFor最好的法子。

static int indexFor(int h, int length) {
        return h & (length-1);
    }

      HashMap的底层数组长度总爱2的n次方,在构造函数中趋于稳定:capacity <<= 1;想要 做总爱才能保证HashMap的底层数组长度为2的n次方。当length为2的n次方时,h&(length - 1)就大概对length取模,想要 下行速率 比直接取模快得多,这是HashMap在下行速率 上的八个 优化。至于为什么在么在是2的n次方下面解释。

      我们都我们都儿回到indexFor最好的法子,该最好的法子仅有第一根话语:h&(length - 1),这句话除了上端的取模运算外还有八个 非常重要的责任:均匀分布table数据和充分利用空间。

      这里我们都我们都儿假设length为16(2^n)和15,h为5、6、7。

      当n=15时,6和7的结果一样,想要 表示我们都我们都儿在table存储的位置是相同的,也要是产生了碰撞,6、7就会在八个 位置形成链表,想要 就会愿因查询下行速率 降低。诚然这里只分析八个 数字全是所以,没办法 我们都我们都儿看后0-15。

      从上端的图表中我们都我们都儿看后总共趋于稳定了8此碰撞,同时发现浪费的空间非常大,有1、3、5、7、9、11、13、15处没办法 记录,也要是没办法 存放数据。这是可能我们都我们都儿在与14进行&运算时,得到的结果最后一位永远全是0,即0001、0011、0101、0111、1001、1011、1101、1111位置处是可能存储数据的,空间减少,进一步增加碰撞几率,想要 就会愿因查询下行速率 慢。而当length = 16时,length – 1 = 15 即1111,没办法 进行低位&运算时,值总爱与想要 hash值相同,而进行高位运算时,其值等于其低位值。所以说当length = 2^n时,不同的hash值趋于稳定碰撞的概率比较小,想要 就会使得数据在table数组中分布较均匀,查询下行速率 也较快。

      这里我们都我们都儿再来复习put的流程:我们都都我们都儿想八个 HashMap中打上去一对key-value时,系统首先会计算key的hash值,想要 根据hash值确认在table中存储的位置。若该位置没办法 元素,则直接插入。想要 迭代该处元素链表并依此比较其key的hash值。可能八个 hash值相等且key值相等(e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))),则用新的Entry的value覆盖想要 节点的value。可能八个 hash值相等但key值不等 ,则将该节点插入该链表的链头。具体的实现过程见addEntry最好的法子,如下:

void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
        //获取bucketIndex处的Entry
        Entry<K, V> e = table[bucketIndex];
        //将新创建的 Entry 放上 bucketIndex 索引处,并让新的 Entry 指向想要

的 Entry 
        table[bucketIndex] = new Entry<K, V>(hash, key, value, e);
        //若HashMap中元素的个数超过极限了,则容量扩大两倍
        if (size++ >= threshold)
            resize(2 * table.length);
    }

      某种最好的法子含晒 两点时要注意:

      一是链的产生。这是八个 非常优雅的设计。系统总爱将新的Entry对象打上去到bucketIndex处。可能bucketIndex处可能有了对象,没办法 新打上去的Entry对象将指向原有的Entry对象,形成第一根Entry链,想要 若bucketIndex处没办法 Entry对象,也要是e==null,没办法 新打上去的Entry对象指向null,也就后会产生Entry链了。

      二、扩容难题图片。

      随着HashMap中元素的数量不要 ,趋于稳定碰撞的概率就没办法 大,所产生的链表长度就会没办法 长,想要 势必会影响HashMap的下行速率 ,为了保证HashMap的下行速率 ,系统时要要在某个临界点进行扩容处置。该临界点在当HashMap中元素的数量等于table数组长度*加载因子。想要 扩容是八个 非常耗时的过程,可能它时要重新计算什么数据在新table数组中的位置并进行复制处置。所以可能我们都我们都儿可能预知HashMap中元素的个数,没办法 预设元素的个数才能有效的提高HashMap的性能。

五、读取实现:get(key)

      相对于HashMap的存而言,取就显得比较简单了。通过key的hash值找到在table数组中的索引处的Entry,想要 返回该key对应的value即可。

public V get(Object key) {
        // 若为null,调用getForNullKey最好的法子返回相对应的value
        if (key == null)
            return getForNullKey();
        // 根据该 key 的 hashCode 值计算它的 hash 码  
        int hash = hash(key.hashCode());
        // 取出 table 数组中指定索引处的值
        for (Entry<K, V> e = table[indexFor(hash, table.length)]; e != null; e = e.next) {
            Object k;
            //若搜索的key与查找的key相同,则返回相对应的value
            if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k)))
                return e.value;
        }
        return null;
    }

      在这可不时要够根据key快速的取到value除了和HashMap的数据内控 密不可分外,还和Entry有莫大的关系,在前面就提到过,HashMap在存储过程中并没办法 将key,value分开来存储,要是当做八个 整体key-value来处置的,某种整体要是Entry对象。同时value也只大概key的附属而已。在存储的过程中,系统根据key的hashcode来决定Entry在table数组中的存储位置,在取的过程中同样根据key的hashcode取出相对应的Entry对象。

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