HashMap简介
HashMap 主要用来存放键值对,它基于哈希表的Map接口实现,是常用的Java集合之一。
JDK1.8 之前 HashMap 由 数组+链表 组成的,数组是 HashMap 的主体,链表则是主要为了解决哈希冲突而存在的(“拉链法”解决冲突).JDK1.8 以后在解决哈希冲突时有了较大的变化,当链表长度大于阈值(默认为 8)时,将链表转化为红黑树,以减少搜索时间。
数据结构
jdk1.8前
数据结构 |
数组+链表 |
默认容量 |
16 (即数组长度,必须为2的指数次幂) |
加载因子 |
0.75f 当数组长度为16*0.75=12时,数组将扩容 |
扩容 |
当新增入一个元素时,数组的长度=数组长度加载因子时且该元素下标的位置没有元素时,数组长度=原来的长度2 |
数据结构转换过程 |
HashMap 通过 key 的 hashCode经过hash算法获得当前元素存放的位置,如果当前位置存在元素的话,就判断该元素与要存入的元素的key的hash值是否相同,如果相同的话,直接覆盖,不相同就通过拉链法将元素加入到数组下标的节点处编程链表。 |
hash算法 |
key的hashCode & (数组length-1) |
拉链法 |
将链表和数组相结合。也就是说创建一个链表数组,数组中每一格就是一个链表。若遇到哈希冲突(即key经过hash算法获得的数组下标相同),则将冲突的值加到链表的头部 |
查找时间复杂度 |
O(n) |
jdk1.8之后
数据结构 |
数组+链表+红黑树 |
默认容量 |
16 (即数组长度,必须为2的指数次幂) |
加载因子 |
0.75f 当数组长度为16*0.75=12时,数组将扩容 |
扩容 |
当新增入一个元素时,数组的长度=数组长度加载因子时,不考虑该元素下标的位置有没有元素,数组长度=原来的长度2 |
数据结构转换过程 |
HashMap 通过 key 的 hashCode经过hash算法获得当前元素存放的位置,如果当前位置存在元素的话,就判断该元素与要存入的元素的key的hash值是否相同,如果相同的话,直接覆盖,不相同就通过拉链法将元素加入到数组下标的节点处编程链表,当链表长度大于阈值(默认为8)时,将链表转化为红黑树 ,当红黑树长度小于6时,红黑树在转为链表。 |
hash算法 |
(key.hashCode() ^ (key.hashCode() >>> 16)) & (table.length - 1) |
拉链法 |
将链表和数组相结合。也就是说创建一个链表数组,数组中每一格就是一个链表。若遇到哈希冲突(即key经过hash算法获得的数组下标相同),则将冲突的值加到链表的尾部 |
查找时间复杂度 |
O(logn) |
对比jdk1.8前后不同:
不同点 |
jdk1.8前 |
jdk1.8后 |
数据结构 |
数组+链表 |
数组+链表+红黑树 |
扩容方式 |
数组长度加载因子时且该元素下标的位置没有元素时扩容 |
数组长度加载因子时扩容 |
hash算法 |
key的hashCode & (数组length-1) |
(key.hashCode() ^ (key.hashCode() >>> 16)) & (table.length - 1)更改算法减少hash碰撞 |
链表插入方式 |
头部 |
尾部 |
查找时间复杂度 |
O(n) |
O(logn) |
HashMap源码
类属性源码
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| public class HashMap<K,V> extends AbstractMap<K,V> implements Map<K,V>, Cloneable, Serializable { private static final long serialVersionUID = 362498820763181265L; static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30; static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f; static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8; static final int UNTREEIFY_THRESHOLD = 6; static final int MIN_TREEIFY_CAPACITY = 64; transient Node<k,v>[] table; transient Set<map.entry<k,v>> entrySet; transient int size; transient int modCount; int threshold; final float loadFactor; }
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构造方法
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| public HashMap() { this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR; }
public HashMap(Map<? extends K, ? extends V> m) { this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR; putMapEntries(m, false); }
public HashMap(int initialCapacity) { this(initialCapacity, DEFAULT_LOAD_FACTOR); }
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; this.threshold = tableSizeFor(initialCapacity); }
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put方法
HashMap只提供了put用于添加元素,putVal方法只是给put方法调用的一个方法,并没有提供给用户使用。
对putVal方法添加元素的分析如下:
- ①如果定位到的数组位置没有元素 就直接插入。
- ②如果定位到的数组位置有元素就和要插入的key比较,如果key相同就直接覆盖,如果key不相同,就判断p是否是一个树节点,如果是就调用e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value)将元素添加进入。如果不是就遍历链表插入(插入的是链表尾部)。
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| public V put(K key, V value) { return putVal(hash(key), key, value, false, true); }
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) 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 { for (int binCount = 0; ; ++binCount) { if ((e = p.next) == null) { p.next = newNode(hash, key, value, null); if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) treeifyBin(tab, hash); break; } if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) break; p = e; } } if (e != null) { V oldValue = e.value; if (!onlyIfAbsent || oldValue == null) e.value = value; afterNodeAccess(e); return oldValue; } } ++modCount; if (++size > threshold) resize(); afterNodeInsertion(evict); return null; }
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我们再来对比一下 JDK1.7 put方法的代码
对于put方法的分析如下:
- ①如果定位到的数组位置没有元素 就直接插入。
- ②如果定位到的数组位置有元素,遍历以这个元素为头结点的链表,依次和插入的key比较,如果key相同就直接覆盖,不同就采用头插法插入元素。
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| public V put(K key, V value) if (table == EMPTY_TABLE) { inflateTable(threshold); } if (key == null) return putForNullKey(value); int hash = hash(key); int i = indexFor(hash, table.length); for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) { Object k; if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) { V oldValue = e.value; e.value = value; e.recordAccess(this); return oldValue; } }
modCount++; addEntry(hash, key, value, i); return null; }
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get方法
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| public V get(Object key) { Node<K,V> e; return (e = getNode(hash(key), key)) == null ? null : e.value; }
final Node<K,V> getNode(int hash, Object key) { Node<K,V>[] tab; Node<K,V> first, e; int n; K k; if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 && (first = tab[(n - 1) & hash]) != null) { if (first.hash == hash && ((k = first.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) return first; if ((e = first.next) != null) { if (first instanceof TreeNode) return ((TreeNode<K,V>)first).getTreeNode(hash, key); do { if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) return e; } while ((e = e.next) != null); } } return null; }
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resize方法
进行扩容,会伴随着一次重新hash分配,并且会遍历hash表中所有的元素,是非常耗时的。在编写程序中,要尽量避免resize。
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| 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; } else if (oldThr > 0) newCap = oldThr; else { 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 { 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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假如一个值在原数组中,现在移动了新数组,位置肯定改变了,拿什么定位到在这个值新数组中的位置
分析扩容过程:
- 将新节点加到链表后,
- 容量扩充为原来的两倍,然后对每个节点重新计算哈希值。
- 这个值只可能在两个地方,一个是原下标的位置,另一种是在下标为 <原下标+原容量> 的位置。