Map集合之HashMap

妖狐艹你老母 2022-05-29 00:24 323阅读 0赞

## 简介 ##

> key-value 的键值对，key 不允许重复，value 可以

1.  严格来说 Map 并不是一个集合，而是两个集合之间 的映射关系。（数组–链表）
2.  这两个集合每一条数据通过映射关系，我们可以看成是一条数据。即 Entry(key,value）。Map 可以看成是由多个 Entry 组成。
3.  因为 Map 集合即没有实现于 Collection 接口，也没有实现 Iterable 接口，所以不能对 Map 集合进行 for-each 遍历。  
    ![Map映射关系图][Map]

## HashMap ##

1.  HashMap 的实现不是同步的，这意味着它不是线程安全的。它的key、value都可以为null。此外，HashMap中的映射不是有序的。
2.  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。

新建HashMap，构造器源码：

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;
        threshold = initialCapacity;
        init();
    }
    
    public HashMap(int initialCapacity) {
        // 带有一个参数的构造器，也是调用自己的带有两个参数的构造器
        this(initialCapacity, DEFAULT_LOAD_FACTOR);
    }
    
    public HashMap() {
        // 无参构造器，调用的是自己的带有两个参数的构造器。
        this(DEFAULT_INITIAL_CAPACITY, DEFAULT_LOAD_FACTOR);
    }
    
    public HashMap(Map<? extends K, ? extends V> m) {
        this(Math.max((int) (m.size() / DEFAULT_LOAD_FACTOR) + 1,
                      DEFAULT_INITIAL_CAPACITY), DEFAULT_LOAD_FACTOR);
        inflateTable(threshold);
    
        putAllForCreate(m);
    }

默认加载因子是：0.75，默认创建hashMap大小： 16

/** * 默认大小， 左移位4. */
     static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; // aka 16
    
     static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;
    
     /** * 加载因子0.75 */
     static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;

面试常问的问题：hashmap怎么存储的？怎么扩容，扩容多少？怎么取值得？

## 存储规则： ##

*下面代码只是源码的一部分，只是方便查看，加深理解，不能直接运行使用*

`map.put(key, value);` 调用如下源码

// table 实际上是 Entry数组
    transient Entry<K,V>[] table = (Entry<K,V>[]) EMPTY_TABLE;
    
    public V put(K key, V value) {
        // 判断存储的Entry数组是否为空的（Map底层存储实际上是Entry数组）
        if (table == EMPTY_TABLE) {
            //初始化Entry数组
            inflateTable(threshold);
        }
        // 如果key==null, 特殊存储
        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++;
        // 特别注意：这里面牵扯一个面试经常问的问题，下面注意事项中说！！！（@1）
        addEntry(hash, key, value, i);
        return null;
    }
    
    /** * 初始化Entry数组（table） */
    private void inflateTable(int toSize) {
        // Find a power of 2 >= toSize
        int capacity = roundUpToPowerOf2(toSize);
    
        threshold = (int) Math.min(capacity * loadFactor, MAXIMUM_CAPACITY + 1);
        table = new Entry[capacity];
        initHashSeedAsNeeded(capacity);
    }
    /** * 库容方法，通过移位实现，左移一位 */
    private static int roundUpToPowerOf2(int number) {
        // assert number >= 0 : "number must be non-negative";
        return number >= MAXIMUM_CAPACITY
                ? MAXIMUM_CAPACITY
                : (number > 1) ? Integer.highestOneBit((number - 1) << 1) : 1;
    }
    /** *存储空对象的方法 */
    private V putForNullKey(V value) {
        for (Entry<K,V> e = table[0]; e != null; e = e.next) {
            if (e.key == null) {
                V oldValue = e.value;
                e.value = value;
                e.recordAccess(this);
                return oldValue;
            }
        }
        modCount++;
        addEntry(0, null, value, 0);
        return null;
    }
    // hash值计算方法
    final int hash(Object k) {
        int h = hashSeed;
        if (0 != h && k instanceof String) {
            return sun.misc.Hashing.stringHash32((String) k);
        }
    
        h ^= k.hashCode();
    
        mber of collisions (approximately 8 at default load factor).
        h ^= (h >>> 20) ^ (h >>> 12);
        return h ^ (h >>> 7) ^ (h >>> 4);
    }

通过上面源码可以看出，在往map中存数据的流程为：  
1. 查看table是否为空（底层Entry数组是否为空）`if (table == EMPTY_TABLE)`  
2. 如果table为空，扩容，为原来的两倍（通过左移一位来实现的）`Integer.highestOneBit((number - 1) << 1)`  
3. table不为空，下一步  
4. 判断key==null  
5. 满足：把key==null的value存储到key为null的map中 `putForNullKey(value);`  
6. 否则下一步  
7. 计算key的hash值 `int hash = hash(key)`; （计算hash值得算法贴出来，这里不再解释，自己看）  
8. 通过上面计算的hash值，寻找在table中的存储位置 `int i = indexFor(hash, table.length)`;  
9. 执行存值逻辑。

public void putAll(Map<? extends K, ? extends V> m) {
        int numKeysToBeAdded = m.size();
        if (numKeysToBeAdded == 0)
            return;
    
        if (table == EMPTY_TABLE) {
            inflateTable((int) Math.max(numKeysToBeAdded * loadFactor, threshold));
        }
    
        /* * 扩容逻辑 */
        if (numKeysToBeAdded > threshold) {
            int targetCapacity = (int)(numKeysToBeAdded / loadFactor + 1);
            if (targetCapacity > MAXIMUM_CAPACITY)
                targetCapacity = MAXIMUM_CAPACITY;
            int newCapacity = table.length;
            while (newCapacity < targetCapacity)
                //移位扩容
                newCapacity <<= 1;
            if (newCapacity > table.length)
                //这里也是一个知识点：扩容导致的问题 （@2）
                resize(newCapacity);
        }
    
        for (Map.Entry<? extends K, ? extends V> e : m.entrySet())
            put(e.getKey(), e.getValue());
    }

第二种存储方法，大体同第一种， 代码写的更加清晰。不在赘述

**注意：**

@1、关于存储的问题：这里在说一下存储的流程。因为面试多次问道，所以这里在啰嗦几句

问题：首先是根据key的hash值去寻找存储的位置，一般不同key的hash值不同，但是也有很小的可能性是相同的  
所以，导致一个问题。假如key=A，hash值为100，存储到table的索引也假设为100. 又存储一个key=B的存进来，hash值计算出来也是100.那么存储到table的索引也是100. 但是table的100位置已经存上key=A的数据了，这里就牵扯到另一个问题。hash值相同的话，value怎么存储？

答案：通过源码可以看出，table是一个Entry对象数组。数组里面存储的就是key值，value值，hash值，next下个节点引用， 如果有上面出现的情况， 那么会在创建一个链表节点（新建一个Entry对象），存储上新值。放在链表第一个位置（注意后添加的value是存在链表第一个位置，这里不是后面追加）源码下面贴出来，想看的可以看看：

void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
        if ((size >= threshold) && (null != table[bucketIndex])) {
            resize(2 * table.length);
            hash = (null != key) ? hash(key) : 0;
            bucketIndex = indexFor(hash, table.length);
        }
        // 源码在这里面
        createEntry(hash, key, value, bucketIndex);
    }
    
    void createEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
        //取出该位置以前的值
        Entry<K,V> e = table[bucketIndex];
        // 新建一个节点
        table[bucketIndex] = new Entry<>(hash, key, value, e);
        size++;
    }
    
    Entry(int h, K k, V v, Entry<K,V> n) {
        value = v;  //value值
        next = n; //把旧的节点放到下个节点
        key = k;  //key值
        hash = h;  // hash值 
    }

下面我自己按照自己的理解画了一个草图，可以了解下（不太清晰），下面网上的图也也挺好的

![这里写图片描述][Image 1]  
![这里写图片描述][Image 1]  
@2、`resize(newCapacity);` 扩容导致的需要在建一个比较大的table（Entry对象数组），所以会出现复制old\_table里的数据到new\_table的问题。其中牵扯到再次计算hash值。去存到new\_table里，1->影响性能，2->如果用到多线程中，还会导致并发问题（因为HashMap不是线程安全的，如果用到多线程里，也只能说写程序的人技术不行。哈哈）。所以能确定长度，就在新建map时候，吧容量写上。

void resize(int newCapacity) {
        Entry[] oldTable = table;
        int oldCapacity = oldTable.length;
        if (oldCapacity == MAXIMUM_CAPACITY) {
            threshold = Integer.MAX_VALUE;
            return;
        }
    
        Entry[] newTable = new Entry[newCapacity];
        transfer(newTable, initHashSeedAsNeeded(newCapacity));
        table = newTable;
        threshold = (int)Math.min(newCapacity * loadFactor, MAXIMUM_CAPACITY + 1);
    }
    
    /** * 复制老数据到新Entry对象数组中 */
    void transfer(Entry[] newTable, boolean rehash) {
        int newCapacity = newTable.length;
        for (Entry<K,V> e : table) {
            while(null != e) {
                Entry<K,V> next = e.next;
                if (rehash) {
                        // 重新计算hash值
                    e.hash = null == e.key ? 0 : hash(e.key);
                }
                int i = indexFor(e.hash, newCapacity);
                e.next = newTable[i];
                newTable[i] = e;
                e = next;
            }
        }
    }

## 获取值规则 ##

取值源码

public V get(Object key) {
        if (key == null)
            // key为空的情况
            return getForNullKey();
        //不为空的情况
        Entry<K,V> entry = getEntry(key);
    
        return null == entry ? null : entry.getValue();
    }
    
    private V getForNullKey() {
        if (size == 0) {
            return null;
        }
        //循环找出key==null的情况
        for (Entry<K,V> e = table[0]; e != null; e = e.next) {
            if (e.key == null)
                return e.value;
        }
        return null;
    }
    
    final Entry<K,V> getEntry(Object key) {
        if (size == 0) {
            return null;
        }
        //算出hash值
        int hash = (key == null) ? 0 : hash(key);
        // 又一次验证了上面说的特殊情况
        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;
    }

源码很简单不在解释， 这里在说一下上面存储里遇见的特殊情况（hash值相同）。这里取值中也出现了我们说的情况

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;
    }

算出索引后，循环的目的就是为了验证是否存在hash值相同，多个value值得情况。（怎么取出我们想要的，通过key的equals方法来得到我们需要的value。因为hash值相同，key一定不同，否则hash相同，key也相同，那就是覆盖之前的值，不会出现链表的情况。）

[Map]: /images/20220529/8ffc18f65dee4a3fa0648c61e6c83991.png
[Image 1]: