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Java中HashMap的实现原理

时间:2017-02-19 14:23:37      阅读:242      评论:0      收藏:0      [点我收藏+]

一、前言

  HashMap在平时的开发中使用的比较多,但是其内部的实现原理却往往被大家所忽视,今天特意去翻了一下相关的文章,觉得这篇文章可以,便转载一下~

二、正文

  我们来看个非常简单的例子。有一个”国家”(Country)类,我们将要用Country对象作为key,它的首都的名字(String类型)作为value。下面的例子有助于我们理解key-value对在HashMap中是如何存储的。

1、Country.java
 1 package org.arpit.javapostsforlearning;
 2 public class Country {
 3  
 4  String name;
 5  long population;
 6  
 7  public Country(String name, long population) {
 8   super();
 9   this.name = name;
10   this.population = population;
11  }
12  public String getName() {
13   return name;
14  }
15  public void setName(String name) {
16   this.name = name;
17  }
18  public long getPopulation() {
19   return population;
20  }
21  public void setPopulation(long population) {
22   this.population = population;
23  }
24  
25  // If length of name in country object is even then return 31(any random number) and if odd then return 95(any random number).
26  // This is not a good practice to generate hashcode as below method but I am doing so to give better and easy understanding of hashmap.
27  @Override
28  public int hashCode() {
29   if(this.name.length()%2==0)
30    return 31;
31   else
32    return 95;
33  }
34  @Override
35  public boolean equals(Object obj) {
36  
37   Country other = (Country) obj;
38    if (name.equalsIgnoreCase((other.name)))
39    return true;
40   return false;
41  }
42  
43 }

2、HashMapStructure.java(main class)

 1 import java.util.HashMap;
 2 import java.util.Iterator;
 3    
 4 public class HashMapStructure {
 5    
 6     /**
 7      * @author Arpit Mandliya
 8      */
 9     public static void main(String[] args) {
10            
11         Country india=new Country("India",1000);
12         Country japan=new Country("Japan",10000);
13            
14         Country france=new Country("France",2000);
15         Country russia=new Country("Russia",20000);
16            
17         HashMap<country,string> countryCapitalMap=new HashMap<country,string>();
18         countryCapitalMap.put(india,"Delhi");
19         countryCapitalMap.put(japan,"Tokyo");
20         countryCapitalMap.put(france,"Paris");
21         countryCapitalMap.put(russia,"Moscow");
22            
23         Iterator<country> countryCapitalIter=countryCapitalMap.keySet().iterator();//put debug point at this line
24         while(countryCapitalIter.hasNext())
25         {
26             Country countryObj=countryCapitalIter.next();
27             String capital=countryCapitalMap.get(countryObj);
28             System.out.println(countryObj.getName()+"----"+capital);
29             }
30         }
31    
32    
33 } 

  

  现在,在第23行设置一个断点,在项目上右击->调试运行(debug as)->java应用(java application),程序会停在23行,然后在countryCapitalMap上右击,选择“查看”(watch),将会看到如下的结构:

  技术分享

从上图可以观察到以下几点:

  1) 有一个叫做table大小是16的Entry数组。

  2) 这个table数组存储了Entry类的对象。HashMap类有一个叫做Entry的内部类。这个Entry类包含了key-value作为实例变量。我们来看下Entry类的结构。Entry类的结构:

1 static class Entry implements Map.Entry
2 {
3         final K key;
4         V value;
5         Entry next;
6         final int hash;
7         ...//More code goes here
8 }   `

  每当往hashmap里面存放key-value对的时候,都会为它们实例化一个Entry对象,这个Entry对象就会存储在前面提到的Entry数组table中。现在你一定很想知道,上面创建的Entry对象将会存放在具体哪个位置(在table中的精确位置)。答案就是,根据key的hashcode()方法计算出来的hash值(来决定)。hash值用来计算key在Entry数组的索引。

  现在,如果你看下上图中数组的索引10,它有一个叫做HashMap$Entry的Entry对象。

  我们往hashmap放了4个key-value对,但是看上去好像只有2个元素!!!这是因为,如果两个元素有相同的hashcode,它们会被放在同一个索引上。问题出现了,该怎么放呢?原来它是以链表(LinkedList)的形式来存储的(逻辑上)。

  上面的country对象的key-value的hash值是如何计算出来的?

    • Japan的Hash值是95,它的长度是奇数
    • India的Hash值是95,它的长度是奇数
    • Russia的Hash值是31,它的长度是偶数
    • France,它的长度是偶数

  下图会清晰的从概念上解释下链表:

技术分享

  所以,现在假如你已经很好地了解了hashmap的结构,让我们看下put和get方法:

  put:

 1 /**
 2   * Associates the specified value with the specified key in this map. If the
 3   * map previously contained a mapping for the key, the old value is
 4   * replaced.
 5   *
 6   * @param key
 7   *            key with which the specified value is to be associated
 8   * @param value
 9   *            value to be associated with the specified key
10   * @return the previous value associated with <tt>key</tt>, or <tt>null</tt>
11   *         if there was no mapping for <tt>key</tt>. (A <tt>null</tt> return
12   *         can also indicate that the map previously associated
13   *         <tt>null</tt> with <tt>key</tt>.)
14   */
15  public V put(K key, V value) {
16   if (key == null)
17    return putForNullKey(value);
18   int hash = hash(key.hashCode());
19   int i = indexFor(hash, table.length);
20   for (Entry<k , V> e = table[i]; e != null; e = e.next) {
21    Object k;
22    if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {
23     V oldValue = e.value;
24     e.value = value;
25     e.recordAccess(this);
26     return oldValue;
27    }
28   }
29  
30   modCount++;
31   addEntry(hash, key, value, i);
32   return null;
33  }

现在我们一步一步来看下上面的代码:

  1) 对key做null检查。如果key是null,会被存储到table[0],因为null的hash值总是0

  2) key的hashcode()方法会被调用,然后计算hash值。hash值用来找到存储Entry对象的数组的索引。有时候hash函数可能写的很不好,所以JDK的设计者添加了另一个叫做hash()的方法,它接收刚才计算的hash值作为参数。如果你想了解更多关于hash()函数的东西,可以参考:hashmap中的hash和indexFor方法

      3) indexFor(hash,table.length)用来计算在table数组中存储Entry对象的精确的索引。

  4) 在我们的例子中已经看到,如果两个key有相同的hash值(也叫冲突),他们会以链表的形式来存储。所以,这里我们就迭代链表。

    • 如果在刚才计算出来的索引位置没有元素,直接把Entry对象放在那个索引上
    • 如果索引上有元素,然后会进行迭代,一直到Entry->next是null。当前的Entry对象变成链表的下一个节点
    • 如果我们再次放入同样的key会怎样呢?逻辑上,它应该替换老的value。事实上,它确实是这么做的。在迭代的过程中,会调用equals()方法来检查key的相等性(key.equals(k)),如果这个方法返回true,它就会用当前Entry的value来替换之前的value

  Get:

 1 /**
 2   * Returns the value to which the specified key is mapped, or {@code null}
 3   * if this map contains no mapping for the key.
 4   *
 5   * <p>
 6   * More formally, if this map contains a mapping from a key {@code k} to a
 7   * value {@code v} such that {@code (key==null ? k==null :
 8   * key.equals(k))}, then this method returns {@code v}; otherwise it returns
 9   * {@code null}. (There can be at most one such mapping.)
10   *
11   * </p><p>
12   * A return value of {@code null} does not <i>necessarily</i> indicate that
13   * the map contains no mapping for the key; it‘s also possible that the map
14   * explicitly maps the key to {@code null}. The {@link #containsKey
15   * containsKey} operation may be used to distinguish these two cases.
16   *
17   * @see #put(Object, Object)
18   */
19  public V get(Object key) {
20   if (key == null)
21    return getForNullKey();
22   int hash = hash(key.hashCode());
23   for (Entry<k , V> e = table[indexFor(hash, table.length)]; e != null; e = e.next) {
24    Object k;
25    if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k)))
26     return e.value;
27   }
28   return null;
29  }

  当你理解了hashmap的put的工作原理,理解get的工作原理就非常简单了。当你传递一个key从hashmap总获取value的时候:

  1) 对key进行null检查。如果key是null,table[0]这个位置的元素将被返回

  2) key的hashcode()方法被调用,然后计算hash值

  3) indexFor(hash,table.length)用来计算要获取的Entry对象在table数组中的精确的位置,使用刚才计算的hash值

  4) 在获取了table数组的索引之后,会迭代链表,调用equals()方法检查key的相等性,如果equals()方法返回true,get方法返回Entry对象的value,否则,返回null

要牢记以下关键点:

  • HashMap有一个叫做Entry的内部类,它用来存储key-value对。
  • 上面的Entry对象是存储在一个叫做table的Entry数组中。
  • table的索引在逻辑上叫做“桶”(bucket),它存储了链表的第一个元素。
  • key的hashcode()方法用来找到Entry对象所在的桶。
  • 如果两个key有相同的hash值,他们会被放在table数组的同一个桶里面。
  • key的equals()方法用来确保key的唯一性。
  • value对象的equals()和hashcode()方法根本一点用也没有。

 三、链接

原文链接: javacodegeeks 翻译: ImportNew.com miracle1919
译文链接: http://www.importnew.com/10620.html
转载请保留原文出处、译者和译文链接。]

 

Java中HashMap的实现原理

原文:http://www.cnblogs.com/xdouby/p/6415463.html

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