基于Java中最常用的集合类框架之HashMap(详解)

转载  2017-11-13   作者:SXT明辉   我要评论
下面小编就为大家带来一篇基于Java中最常用的集合类框架之HashMap(详解)。小编觉得挺不错的,现在就分享给大家,也给大家做个参考。一起跟随小编过来看看吧
一、HashMap的概述 HashMap可以说是Java中最常用的集合类框架之一,是Java语言中非常典型的数据结构。 HashMap是基于哈希表的Map接口实现的,此实现提供所有可选的映射操作。存储的是对的映射,允许多个null值和一个null键。但此类不保证映射的顺序,特别是它不保证该顺序恒久不变。 除了HashMap是非同步以及允许使用null外,HashMap 类与 Hashtable大致相同。 此实现假定哈希函数将元素适当地分布在各桶之间,可为基本操作(get 和 put)提供稳定的性能。迭代collection 视图所需的时间与 HashMap 实例的“容量”(桶的数量)及其大小(键-值映射关系数)成比例。所以,如果迭代性能很重要,则不要将初始容量设置得太高(或将加载因子设置得太低)。 HashMap 的实例有两个参数影响其性能:初始容量 和加载因子。容量 是哈希表中桶的数量,初始容量只是哈希表在创建时的容量。加载因子 是哈希表在其容量自动增加之前可以达到多满的一种尺度。当哈希表中的条目数超出了加载因子与当前容量的乘积时,则要对该哈希表进行 rehash 操作(即重建内部数据结构),从而哈希表将具有大约两倍的桶数。 通常,默认加载因子 (0.75) 在时间和空间成本上寻求一种折衷。加载因子过高虽然减少了空间开销,但同时也增加了查询成本(在大多数 HashMap 类的操作中,包括 get 和 put 操作,都反映了这一点)。在设置初始容量时应该考虑到映射中所需的条目数及其加载因子,以便最大限度地减少 rehash 操作次数。如果初始容量大于最大条目数除以加载因子,则不会发生 rehash 操作。 注意,此实现不是同步的。 如果多个线程同时访问一个HashMap实例,而其中至少一个线程从结构上修改了列表,那么它必须保持外部同步。这通常是通过同步那些用来封装列表的 对象来实现的。但如果没有这样的对象存在,则应该使用{@link Collections#synchronizedMap Collections.synchronizedMap}来进行“包装”,该方法最好是在创建时完成,为了避免对映射进行意外的非同步操作。
Map m = Collections.synchronizedMap(new HashMap(...));
二、构造函数 HashMap提供了三个构造函数: HashMap():构造一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):构造一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):构造一个带指定初始容量和加载因子的空 HashMap。 这里提到了两个参数:初始容量,加载因子。这两个参数是影响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之前可以达到多满的一种尺度,它衡量的是一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,查找一个元素的平均时间是O(1+a),因此如果负载因子越大,对空间的利用更充分,然而后果是查找效率的降低;如果负载因子太小,那么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0.75,一般情况下我们是无需修改的。 HashMap是一种支持快速存取的数据结构,要了解它的性能必须要了解它的数据结构。 三、数据结构 我们知道在Java中最常用的两种结构是数组和模拟指针(引用),几乎所有的数据结构都可以利用这两种来组合实现,HashMap也是如此。实际上HashMap是一个“链表散列”,如下是它数据结构:
// Entry是单向链表。 它是 “HashMap链式存储法”对应的链表。 // 实现了Map.Entry接口,即getKey(),getValue(),setValue(V value),equals(Object o),hashCode()这些函数 static class Entry implements Map.Entry { final K key; V value; // 指向下一个节点 Entry next; final int hash; // 构造函数 // 输入参数包括"哈希值(h)", "键(k)", "值(v)", "下一节点(n)" Entry(int h, K k, V v, Entry n) { value = v; next = n; key = k; hash = h; } public final K getKey() { return key; } public final V getValue() { return value; } public final V setValue(V newValue) { V oldValue = value; value = newValue; return oldValue; } // 判断两个Entry是否相等 // 若两个Entry的“key”和“value”都相等,则返回true。 // 否则,返回false public final boolean equals(Object o) { if (!(o instanceof Map.Entry)) return false; Map.Entry e = (Map.Entry)o; Object k1 = getKey(); Object k2 = e.getKey(); if (k1 == k2 || (k1 != null && k1.equals(k2))) { Object v1 = getValue(); Object v2 = e.getValue(); if (v1 == v2 || (v1 != null && v1.equals(v2))) return true; } return false; } // 实现hashCode() public final int hashCode() { return (key==null ? 0 : key.hashCode()) ^ (value==null ? 0 : value.hashCode()); } public final String toString() { return getKey() + "=" + getValue(); } // 当向HashMap中添加元素时,绘调用recordAccess()。 // 这里不做任何处理 void recordAccess(HashMap m) { } // 当从HashMap中删除元素时,绘调用recordRemoval()。 // 这里不做任何处理 void recordRemoval(HashMap m) { } }
从上图我们可以看出HashMap底层实现还是数组,只是数组的每一项都是一条链。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:
// 找出“大于Capacity”的最小的2的幂,使Hash表的容量保持为2的次方倍 // 算法的思想:通过使用逻辑运算来替代取余,这里有一个规律,就是当N为2的次方(Power of two),那么X%N==X&(N-1)。 static final int tableSizeFor(int cap) { int n = cap - 1; n |= n >>> 1; // >>> 无符号右移,高位补0 n |= n >>> 2; // a|=b的意思就是把a和b按位或然后赋值给a n |= n >>> 4; n |= n >>> 8; n |= n >>> 16; return (n < 0) ? 1 : (n >= MAXIMUM_CAPACITY) ? MAXIMUM_CAPACITY : n + 1; } // 构造一个带指定初始容量和加载因子的空HashMap 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); } // 构造一个带指定初始容量和默认加载因子(0.75)的空 HashMap public HashMap(int initialCapacity) { this(initialCapacity, DEFAULT_LOAD_FACTOR); } // 构造一个具有默认初始容量 (16)和默认加载因子 (0.75)的空 HashMap public HashMap() { this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR; // all other fields defaulted } // 构造一个映射关系与指定 Map相同的新 HashMap,容量与指定Map容量相同,加载因子为默认的0.75 public HashMap(Map m) { this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR; putMapEntries(m, false); }
从源码中可以看出,每次新建一个HashMap时,都会初始化一个table数组。table数组的元素为Entry节点。
// Entry是单向链表。 // 它是 “HashMap链式存储法”对应的链表。 // 它实现了Map.Entry 接口,即实现getKey(), getValue(), setValue(V value), equals(Object o), hashCode()这些函数 static class Entry implements Map.Entry { final K key; V value; // 指向下一个节点 Entry next; final int hash; // 构造函数。 // 输入参数包括"哈希值(h)", "键(k)", "值(v)", "下一节点(n)" Entry(int h, K k, V v, Entry n) { value = v; next = n; key = k; hash = h; } ...... }
其中Entry为HashMap的内部类,它包含了键key、值value、下一个节点next,以及hash值,这是非常重要的,正是由于Entry才构成了table数组的项为链表。 以上这篇基于Java中最常用的集合类框架之HashMap(详解)就是小编分享给大家的全部内容了,希望能给大家一个参考,也希望大家多多支持脚本之家。

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