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Java 集合系列10: HashMap深入解析(2)

發布時間:2025/3/20 java 38 豆豆
生活随笔 收集整理的這篇文章主要介紹了 Java 集合系列10: HashMap深入解析(2) 小編覺得挺不錯的,現在分享給大家,幫大家做個參考.

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概述

這接著上一篇的文章的內容。

第3.1部分 HashMap的“拉鏈法”相關內容

3.1.1 HashMap數據存儲數組

transient Entry[] table;

HashMap中的key-value都是存儲在Entry數組中的。

3.1.2 數據節點Entry的數據結構

static class Entry<K,V> implements Map.Entry<K,V> {final K key;V value;// 指向下一個節點Entry<K,V> next;final int hash;// 構造函數。// 輸入參數包括"哈希值(h)", "鍵(k)", "值(v)", "下一節點(n)"Entry(int h, K k, V v, Entry<K,V> 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;}// 判斷兩個Entry是否相等// 若兩個Entry的“key”和“value”都相等,則返回true。// 否則,返回falsepublic 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;}// 實現hashCode()public final int hashCode() {return (key==null ? ? 0 : key.hashCode()) ^(value==null ? 0 : value.hashCode());}public final String toString() {return getKey() + "=" + getValue();}// 當向HashMap中添加元素時,繪調用recordAccess()。// 這里不做任何處理void recordAccess(HashMap<K,V> m) {}// 當從HashMap中刪除元素時,繪調用recordRemoval()。// 這里不做任何處理void recordRemoval(HashMap<K,V> m) {} }

從中,我們可以看出 Entry 實際上就是一個單向鏈表。這也是為什么我們說HashMap是通過拉鏈法解決哈希沖突的。
Entry 實現了Map.Entry 接口,即實現getKey(), getValue(), setValue(V value), equals(Object o), hashCode()這些函數。這些都是基本的讀取/修改key、value值的函數。

第3.2部分 HashMap的構造函數

HashMap共包括4個構造函數

// 默認構造函數。 public HashMap() {// 設置“加載因子”this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR;// 設置“HashMap閾值”,當HashMap中存儲數據的數量達到threshold時,就需要將HashMap的容量加倍。threshold = (int)(DEFAULT_INITIAL_CAPACITY * DEFAULT_LOAD_FACTOR);// 創建Entry數組,用來保存數據table = new Entry[DEFAULT_INITIAL_CAPACITY];init(); } // 指定“容量大小”和“加載因子”的構造函數 public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {if (initialCapacity < 0)throw new IllegalArgumentException("Illegal initial capacity: " +initialCapacity);// HashMap的最大容量只能是MAXIMUM_CAPACITYif (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY)initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY;if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor))throw new IllegalArgumentException("Illegal load factor: " +loadFactor);// Find a power of 2 >= initialCapacityint capacity = 1;while (capacity < initialCapacity)capacity <<= 1;// 設置“加載因子”this.loadFactor = loadFactor;// 設置“HashMap閾值”,當HashMap中存儲數據的數量達到threshold時,就需要將HashMap的容量加倍。threshold = (int)(capacity * loadFactor);// 創建Entry數組,用來保存數據table = new Entry[capacity];init(); } // 指定“容量大小”的構造函數 public HashMap(int initialCapacity) {this(initialCapacity, DEFAULT_LOAD_FACTOR); } // 包含“子Map”的構造函數 public HashMap(Map<? extends K, ? extends V> m) {this(Math.max((int) (m.size() / DEFAULT_LOAD_FACTOR) + 1,DEFAULT_INITIAL_CAPACITY), DEFAULT_LOAD_FACTOR);// 將m中的全部元素逐個添加到HashMap中putAllForCreate(m); }

第3.3部分 HashMap的主要對外接口

3.3.1 clear()

clear() 的作用是清空HashMap。它是通過將所有的元素設為null來實現的。

public void clear() {modCount++;Entry[] tab = table;for (int i = 0; i < tab.length; i++)tab[i] = null;size = 0; }

3.3.2 containsKey()

containsKey() 的作用是判斷HashMap是否包含key。

public boolean containsKey(Object key) {return getEntry(key) != null; }

containsKey() 首先通過getEntry(key)獲取key對應的Entry,然后判斷該Entry是否為null。
getEntry()的源碼如下:

final Entry<K,V> getEntry(Object key) {// 獲取哈希值// HashMap將“key為null”的元素存儲在table[0]位置,“key不為null”的則調用hash()計算哈希值int hash = (key == null) ? 0 : hash(key.hashCode());// 在“該hash值對應的鏈表”上查找“鍵值等于key”的元素for (Entry<K,V> e = table[indexFor(hash, table.length)];e != null;e = e.next) {Object k;if (e.hash == hash &&((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))return e;}return null; }

getEntry() 的作用就是返回“鍵為key”的鍵值對,它的實現源碼中已經進行了說明。
這里需要強調的是:HashMap將“key為null”的元素都放在table的位置0處,即table[0]中;“key不為null”的放在table的其余位置!

3.3.3 containsValue()

containsValue() 的作用是判斷HashMap是否包含“值為value”的元素。

public boolean containsValue(Object value) {// 若“value為null”,則調用containsNullValue()查找if (value == null)return containsNullValue();// 若“value不為null”,則查找HashMap中是否有值為value的節點。Entry[] tab = table;for (int i = 0; i < tab.length ; i++)for (Entry e = tab[i] ; e != null ; e = e.next)if (value.equals(e.value))return true;return false; }

從中,我們可以看出containsNullValue()分為兩步進行處理:第一,若“value為null”,則調用containsNullValue()。第二,若“value不為null”,則查找HashMap中是否有值為value的節點。

containsNullValue() 的作用判斷HashMap中是否包含“值為null”的元素。

private boolean containsNullValue() {Entry[] tab = table;for (int i = 0; i < tab.length ; i++)for (Entry e = tab[i] ; e != null ; e = e.next)if (e.value == null)return true;return false; }

3.3.4 entrySet()、values()、keySet()

它們3個的原理類似,這里以entrySet()為例來說明。
entrySet()的作用是返回“HashMap中所有Entry的集合”,它是一個集合。實現代碼如下:

// 返回“HashMap的Entry集合” public Set<Map.Entry<K,V>> entrySet() {return entrySet0(); } // 返回“HashMap的Entry集合”,它實際是返回一個EntrySet對象 private Set<Map.Entry<K,V>> entrySet0() {Set<Map.Entry<K,V>> es = entrySet;return es != null ? es : (entrySet = new EntrySet()); } // EntrySet對應的集合 // EntrySet繼承于AbstractSet,說明該集合中沒有重復的EntrySet。 private final class EntrySet extends AbstractSet<Map.Entry<K,V>> {public Iterator<Map.Entry<K,V>> iterator() {return newEntryIterator();}public boolean contains(Object o) {if (!(o instanceof Map.Entry))return false;Map.Entry<K,V> e = (Map.Entry<K,V>) o;Entry<K,V> candidate = getEntry(e.getKey());return candidate != null && candidate.equals(e);}public boolean remove(Object o) {return removeMapping(o) != null;}public int size() {return size;}public void clear() {HashMap.this.clear();} }

HashMap是通過拉鏈法實現的散列表。表現在HashMap包括許多的Entry,而每一個Entry本質上又是一個單向鏈表。那么HashMap遍歷key-value鍵值對的時候,是如何逐個去遍歷的呢?

下面我們就看看HashMap是如何通過entrySet()遍歷的
entrySet()實際上是通過newEntryIterator()實現的。 下面我們看看它的代碼:

// 返回一個“entry迭代器” Iterator<Map.Entry<K,V>> newEntryIterator() ? {return new EntryIterator(); } // Entry的迭代器 private final class EntryIterator extends HashIterator<Map.Entry<K,V>> {public Map.Entry<K,V> next() {return nextEntry();} } // HashIterator是HashMap迭代器的抽象出來的父類,實現了公共了函數。 // 它包含“key迭代器(KeyIterator)”、“Value迭代器(ValueIterator)”和“Entry迭代器(EntryIterator)”3個子類。 private abstract class HashIterator<E> implements Iterator<E> {// 下一個元素Entry<K,V> next;// expectedModCount用于實現fast-fail機制。int expectedModCount;// 當前索引int index;// 當前元素Entry<K,V> current;HashIterator() {expectedModCount = modCount;if (size > 0) { // advance to first entryEntry[] t = table;// 將next指向table中第一個不為null的元素。// 這里利用了index的初始值為0,從0開始依次向后遍歷,直到找到不為null的元素就退出循環。while (index < t.length && (next = t[index++]) == null);}}public final boolean hasNext() {return next != null;}// 獲取下一個元素final Entry<K,V> nextEntry() {if (modCount != expectedModCount)throw new ConcurrentModificationException();Entry<K,V> e = next;if (e == null)throw new NoSuchElementException();// 注意!!!// 一個Entry就是一個單向鏈表// 若該Entry的下一個節點不為空,就將next指向下一個節點;// 否則,將next指向下一個鏈表(也是下一個Entry)的不為null的節點。if ((next = e.next) == null) {Entry[] t = table;while (index < t.length && (next = t[index++]) == null);}current = e;return e;}// 刪除當前元素public void remove() {if (current == null)throw new IllegalStateException();if (modCount != expectedModCount)throw new ConcurrentModificationException();Object k = current.key;current = null;HashMap.this.removeEntryForKey(k);expectedModCount = modCount;} }

當我們通過entrySet()獲取到的Iterator的next()方法去遍歷HashMap時,實際上調用的是 nextEntry() 。而nextEntry()的實現方式,先遍歷Entry(根據Entry在table中的序號,從小到大的遍歷);然后對每個Entry(即每個單向鏈表),逐個遍歷。

3.3.5 get()

get() 的作用是獲取key對應的value,它的實現代碼如下:

public V get(Object key) {if (key == null)return getForNullKey();// 獲取key的hash值int hash = hash(key.hashCode());// 在“該hash值對應的鏈表”上查找“鍵值等于key”的元素for (Entry<K,V> e = table[indexFor(hash, table.length)];e != null;e = e.next) {Object k;if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k)))return e.value;}return null; }

3.3.6 put()

put() 的作用是對外提供接口,讓HashMap對象可以通過put()將“key-value”添加到HashMap中。

public V put(K key, V value) {// 若“key為null”,則將該鍵值對添加到table[0]中。if (key == null)return putForNullKey(value);// 若“key不為null”,則計算該key的哈希值,然后將其添加到該哈希值對應的鏈表中。int hash = hash(key.hashCode());int i = indexFor(hash, table.length);for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) {Object k;// 若“該key”對應的鍵值對已經存在,則用新的value取代舊的value。然后退出!if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {V oldValue = e.value;e.value = value;e.recordAccess(this);return oldValue;}}// 若“該key”對應的鍵值對不存在,則將“key-value”添加到table中modCount++;addEntry(hash, key, value, i);return null; }

若要添加到HashMap中的鍵值對對應的key已經存在HashMap中,則找到該鍵值對;然后新的value取代舊的value,并退出!
若要添加到HashMap中的鍵值對對應的key不在HashMap中,則將其添加到該哈希值對應的鏈表中,并調用addEntry()。
下面看看addEntry()的代碼:

void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {// 保存“bucketIndex”位置的值到“e”中Entry<K,V> e = table[bucketIndex];// 設置“bucketIndex”位置的元素為“新Entry”,// 設置“e”為“新Entry的下一個節點”table[bucketIndex] = new Entry<K,V>(hash, key, value, e);// 若HashMap的實際大小 不小于 “閾值”,則調整HashMap的大小if (size++ >= threshold)resize(2 * table.length); }

addEntry() 的作用是新增Entry。將“key-value”插入指定位置,bucketIndex是位置索引。

說到addEntry(),就不得不說另一個函數createEntry()。createEntry()的代碼如下:

void createEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {// 保存“bucketIndex”位置的值到“e”中Entry<K,V> e = table[bucketIndex];// 設置“bucketIndex”位置的元素為“新Entry”,// 設置“e”為“新Entry的下一個節點”table[bucketIndex] = new Entry<K,V>(hash, key, value, e);size++; }

它們的作用都是將key、value添加到HashMap中。而且,比較addEntry()和createEntry()的代碼,我們發現addEntry()多了兩句:

if (size++ >= threshold)resize(2 * table.length);

那它們的區別到底是什么呢?
閱讀代碼,我們可以發現,它們的使用情景不同。
(01) addEntry()一般用在 新增Entry可能導致“HashMap的實際容量”超過“閾值”的情況下。
? ? ? 例如,我們新建一個HashMap,然后不斷通過put()向HashMap中添加元素;put()是通過addEntry()新增Entry的。
? ? ? 在這種情況下,我們不知道何時“HashMap的實際容量”會超過“閾值”;
? ? ? 因此,需要調用addEntry()
(02) createEntry() 一般用在 新增Entry不會導致“HashMap的實際容量”超過“閾值”的情況下。
? ? ? ?例如,我們調用HashMap“帶有Map”的構造函數,它繪將Map的全部元素添加到HashMap中;
? ? ? 但在添加之前,我們已經計算好“HashMap的容量和閾值”。也就是,可以確定“即使將Map中的全部元素添加到HashMap中,都不會超過HashMap的閾值”。
? ? ? 此時,調用createEntry()即可。

3.3.7 putAll()

putAll() 的作用是將"m"的全部元素都添加到HashMap中,它的代碼如下:

public void putAll(Map<? extends K, ? extends V> m) {// 有效性判斷int numKeysToBeAdded = m.size();if (numKeysToBeAdded == 0)return;// 計算容量是否足夠,// 若“當前實際容量 < 需要的容量”,則將容量x2。if (numKeysToBeAdded > threshold) {int targetCapacity = (int)(numKeysToBeAdded / loadFactor + 1);if (targetCapacity > MAXIMUM_CAPACITY)targetCapacity = MAXIMUM_CAPACITY;int newCapacity = table.length;while (newCapacity < targetCapacity)newCapacity <<= 1;if (newCapacity > table.length)resize(newCapacity);}// 通過迭代器,將“m”中的元素逐個添加到HashMap中。for (Iterator<? extends Map.Entry<? extends K, ? extends V>> i = m.entrySet().iterator(); i.hasNext(); ) {Map.Entry<? extends K, ? extends V> e = i.next();put(e.getKey(), e.getValue());} }

3.3.8 remove()

remove() 的作用是刪除“鍵為key”元素

public V remove(Object key) {Entry<K,V> e = removeEntryForKey(key);return (e == null ? null : e.value); } // 刪除“鍵為key”的元素 final Entry<K,V> removeEntryForKey(Object key) {// 獲取哈希值。若key為null,則哈希值為0;否則調用hash()進行計算int hash = (key == null) ? 0 : hash(key.hashCode());int i = indexFor(hash, table.length);Entry<K,V> prev = table[i];Entry<K,V> e = prev;// 刪除鏈表中“鍵為key”的元素// 本質是“刪除單向鏈表中的節點”while (e != null) {Entry<K,V> next = e.next;Object k;if (e.hash == hash &&((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) {modCount++;size--;if (prev == e)table[i] = next;elseprev.next = next;e.recordRemoval(this);return e;}prev = e;e = next;}return e; }

第3.4部分 HashMap實現的Cloneable接口

HashMap實現了Cloneable接口,即實現了clone()方法
clone()方法的作用很簡單,就是克隆一個HashMap對象并返回。

// 克隆一個HashMap,并返回Object對象 public Object clone() {HashMap<K,V> result = null;try {result = (HashMap<K,V>)super.clone();} catch (CloneNotSupportedException e) {// assert false;}result.table = new Entry[table.length];result.entrySet = null;result.modCount = 0;result.size = 0;result.init();// 調用putAllForCreate()將全部元素添加到HashMap中result.putAllForCreate(this);return result; }

第3.5部分 HashMap實現的Serializable接口

HashMap實現java.io.Serializable,分別實現了串行讀取、寫入功能。
串行寫入函數是writeObject(),它的作用是將HashMap的“總的容量,實際容量,所有的Entry”都寫入到輸出流中。
而串行讀取函數是readObject(),它的作用是將HashMap的“總的容量,實際容量,所有的Entry”依次讀出

// java.io.Serializable的寫入函數 // 將HashMap的“總的容量,實際容量,所有的Entry”都寫入到輸出流中 private void writeObject(java.io.ObjectOutputStream s)throws IOException {Iterator<Map.Entry<K,V>> i =(size > 0) ? entrySet0().iterator() : null;// Write out the threshold, loadfactor, and any hidden stuffs.defaultWriteObject();// Write out number of bucketss.writeInt(table.length);// Write out size (number of Mappings)s.writeInt(size);// Write out keys and values (alternating)if (i != null) {while (i.hasNext()) {Map.Entry<K,V> e = i.next();s.writeObject(e.getKey());s.writeObject(e.getValue());}} } // java.io.Serializable的讀取函數:根據寫入方式讀出 // 將HashMap的“總的容量,實際容量,所有的Entry”依次讀出 private void readObject(java.io.ObjectInputStream s)throws IOException, ClassNotFoundException {// Read in the threshold, loadfactor, and any hidden stuffs.defaultReadObject();// Read in number of buckets and allocate the bucket array;int numBuckets = s.readInt();table = new Entry[numBuckets];init(); ?// Give subclass a chance to do its thing.// Read in size (number of Mappings)int size = s.readInt();// Read the keys and values, and put the mappings in the HashMapfor (int i=0; i<size; i++) {K key = (K) s.readObject();V value = (V) s.readObject();putForCreate(key, value);} }

第4部分 HashMap遍歷方式

4.1 遍歷HashMap的鍵值對

第一步:根據entrySet()獲取HashMap的“鍵值對”的Set集合。
第二步:通過Iterator迭代器遍歷“第一步”得到的集合。

// 假設map是HashMap對象 // map中的key是String類型,value是Integer類型 Integer integ = null; Iterator iter = map.entrySet().iterator(); while(iter.hasNext()) {Map.Entry entry = (Map.Entry)iter.next();// 獲取keykey = (String)entry.getKey();// 獲取valueinteg = (Integer)entry.getValue(); }

4.2 遍歷HashMap的鍵

第一步:根據keySet()獲取HashMap的“鍵”的Set集合。
第二步:通過Iterator迭代器遍歷“第一步”得到的集合。

// 假設map是HashMap對象 // map中的key是String類型,value是Integer類型 String key = null; Integer integ = null; Iterator iter = map.keySet().iterator(); while (iter.hasNext()) {// 獲取keykey = (String)iter.next();// 根據key,獲取valueinteg = (Integer)map.get(key); }

4.3 遍歷HashMap的值

第一步:根據value()獲取HashMap的“值”的集合。
第二步:通過Iterator迭代器遍歷“第一步”得到的集合。

// 假設map是HashMap對象 // map中的key是String類型,value是Integer類型 Integer value = null; Collection c = map.values(); Iterator iter= c.iterator(); while (iter.hasNext()) {value = (Integer)iter.next(); }

遍歷測試程序如下:

import java.util.Map; import java.util.Random; import java.util.Iterator; import java.util.HashMap; import java.util.HashSet; import java.util.Map.Entry; import java.util.Collection; /** @desc 遍歷HashMap的測試程序。* ? (01) 通過entrySet()去遍歷key、value,參考實現函數:* ? ? ? ?iteratorHashMapByEntryset()* ? (02) 通過keySet()去遍歷key、value,參考實現函數:* ? ? ? ?iteratorHashMapByKeyset()* ? (03) 通過values()去遍歷value,參考實現函數:* ? ? ? ?iteratorHashMapJustValues()** @author skywang*/ public class HashMapIteratorTest {public static void main(String[] args) {int val = 0;String key = null;Integer value = null;Random r = new Random();HashMap map = new HashMap();for (int i=0; i<12; i++) {// 隨機獲取一個[0,100)之間的數字val = r.nextInt(100);key = String.valueOf(val);value = r.nextInt(5);// 添加到HashMap中map.put(key, value);System.out.println(" key:"+key+" value:"+value);}// 通過entrySet()遍歷HashMap的key-valueiteratorHashMapByEntryset(map) ;// 通過keySet()遍歷HashMap的key-valueiteratorHashMapByKeyset(map) ;// 單單遍歷HashMap的valueiteratorHashMapJustValues(map); ? ? ? ?}/** 通過entry set遍歷HashMap* 效率高!*/private static void iteratorHashMapByEntryset(HashMap map) {if (map == null)return ;System.out.println("\niterator HashMap By entryset");String key = null;Integer integ = null;Iterator iter = map.entrySet().iterator();while(iter.hasNext()) {Map.Entry entry = (Map.Entry)iter.next();key = (String)entry.getKey();integ = (Integer)entry.getValue();System.out.println(key+" -- "+integ.intValue());}}/** 通過keyset來遍歷HashMap* 效率低!*/private static void iteratorHashMapByKeyset(HashMap map) {if (map == null)return ;System.out.println("\niterator HashMap By keyset");String key = null;Integer integ = null;Iterator iter = map.keySet().iterator();while (iter.hasNext()) {key = (String)iter.next();integ = (Integer)map.get(key);System.out.println(key+" -- "+integ.intValue());}}/** 遍歷HashMap的values*/private static void iteratorHashMapJustValues(HashMap map) {if (map == null)return ;Collection c = map.values();Iterator iter= c.iterator();while (iter.hasNext()) {System.out.println(iter.next());}} }

第5部分 HashMap示例

下面通過一個實例學習如何使用HashMap

import java.util.Map; import java.util.Random; import java.util.Iterator; import java.util.HashMap; import java.util.HashSet; import java.util.Map.Entry; import java.util.Collection; /** @desc HashMap測試程序* ? ? ? ?* @author skywang*/ public class HashMapTest {public static void main(String[] args) {testHashMapAPIs();}private static void testHashMapAPIs() {// 初始化隨機種子Random r = new Random();// 新建HashMapHashMap map = new HashMap();// 添加操作map.put("one", r.nextInt(10));map.put("two", r.nextInt(10));map.put("three", r.nextInt(10));// 打印出mapSystem.out.println("map:"+map );// 通過Iterator遍歷key-valueIterator iter = map.entrySet().iterator();while(iter.hasNext()) {Map.Entry entry = (Map.Entry)iter.next();System.out.println("next : "+ entry.getKey() +" - "+entry.getValue());}// HashMap的鍵值對個數 ? ? ? ?System.out.println("size:"+map.size());// containsKey(Object key) :是否包含鍵keySystem.out.println("contains key two : "+map.containsKey("two"));System.out.println("contains key five : "+map.containsKey("five"));// containsValue(Object value) :是否包含值valueSystem.out.println("contains value 0 : "+map.containsValue(new Integer(0)));// remove(Object key) : 刪除鍵key對應的鍵值對map.remove("three");System.out.println("map:"+map );// clear() : 清空HashMapmap.clear();// isEmpty() : HashMap是否為空System.out.println((map.isEmpty()?"map is empty":"map is not empty") );} }

(某一次)運行結果:

map:{two=7, one=9, three=6} next : two - 7 next : one - 9 next : three - 6 size:3 contains key two : true contains key five : false contains value 0 : false map:{two=7, one=9} map is empty

出處:http://www.cnblogs.com/skywang12345/p/3310835.html

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總結

以上是生活随笔為你收集整理的Java 集合系列10: HashMap深入解析(2)的全部內容,希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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