之所以把HashSet和HashMap放在一起講解,是因為二者在Java裡有著相同的實現,前者只是對後者做了一層包裝,也就是說HashSet裡面有一個HashMap#(適配器模式)。因此本文將重點分析HashMap。
HashMap實作了Map接口,允許放入null
元素,除該類別未實現同步外,其餘跟Hashtable
大致相同,跟TreeMap不同,該容器不保證元素順序,根據需要該容器可能會對元素重新哈希,元素的順序也會被重新打散,因此不同時間迭代同一個HashMap的順序可能會不同。
根據對衝突的處理方式不同,雜湊表有兩種實作方式,一種開放位址方式(Open addressing),另一種是衝突鍊錶方式(Separate chaining with linked lists)。 Java HashMap採用的是衝突鍊錶方式。
從上圖很容易看出,如果選擇適當的雜湊函數,put()
和get ()
方法可以在常數時間內完成。但在對HashMap進行迭代時,需要遍歷整個table以及後面接著的衝突鍊錶。因此對於迭代比較頻繁的場景,不宜將HashMap的初始大小設的過大。
有兩個參數可以影響HashMap的效能:初始容量(inital capacity)和負載係數(load factor)。初始容量指定了初始table
的大小,負載係數用來指定自動擴容的臨界值。當entry
的數量超過capacity*load_factor
時,容器將自動擴容並重新哈希。對於插入元素較多的場景,將初始容量設大可以減少重新哈希的次數。
將對向放入到HashMap或HashSet中時,有兩個方法需要特別關心:hashCode()
和equals()
。 hashCode()
方法決定了物件會被放到哪個bucket
裡,當多個物件的雜湊值衝突時, equals()
方法決定了這些物件是否是「同一個物件」。所以,如果要將自訂的物件放入HashMap
或HashSet
中,需要@Override hashCode()
和equals()
方法。
get(<a href="http://www.php.cn/wiki/60.html" target="_blank">Object</a> <a href="http://www.php.cn/wiki/1051.html" target="_blank">key</a>)
方法根據指定的key
值傳回對應的value
,該方法呼叫了getEntry(Object key)
得到對應的entry
,然後傳回 entry.getValue()
。因此getEntry()
是演算法的核心。
演算法思想是先透過hash()
函數得到對應bucket
的下標,然後依序遍歷衝突鍊錶,透過key.equals(k)
方法來判斷是否是要找的那個entry
。
上圖hash(k)&(table.length-1)
等價於hash(k)%table.length
,原因是HashMap要求table.length
必須是2的指數,因此table.length-1
就是二進位低位全是1,跟hash(k)
相與會將雜湊值的高位全抹掉,剩下的就是餘數了。
//getEntry()方法 final Entry<K,V> getEntry(Object key) { ...... int hash = (key == null) ? 0 : hash(key); for (Entry<K,V> e = table[hash&(table.length-1)];//得到冲突链表 e != null; e = e.next) {//依次遍历冲突链表中的每个entry Object k; //依据equals()方法判断是否相等 if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) return e; } return null; }
put(K key, V 值)
方法是將指定的key, value
對加到 map
裡。方法首先會對map
做一次查找,看是否包含該元組,如果已經包含則直接返回,查找過程類似於getEntry()
方法;如果沒有找到,則會透過addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex)
方法插入新的entry
,插入方式為頭插法。
//addEntry() void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) { if ((size >= threshold) && (null != table[bucketIndex])) { resize(2 * table.length);//自动扩容,并重新哈希 hash = (null != key) ? hash(key) : 0; bucketIndex = hash & (table.length-1);//hash%table.length } //在冲突链表头部插入新的entry Entry<K,V> e = table[bucketIndex]; table[bucketIndex] = new Entry<>(hash, key, value, e); size++; }
#remove(Object key)
的作用是刪除key
值對應的entry
,該方法的具體邏輯是在removeEntryForKey(Object key)
裡實現的。 removeEntryForKey()
方法會先找到key
值對應的entry
,然後刪除該entry
(修改鍊錶的對應指標)。查找過程跟getEntry()
過程類似。
//removeEntryForKey() final Entry<K,V> removeEntryForKey(Object key) { ...... int hash = (key == null) ? 0 : hash(key); int i = indexFor(hash, table.length);//hash&(table.length-1) Entry<K,V> prev = table[i];//得到冲突链表 Entry<K,V> e = prev; while (e != null) {//遍历冲突链表 Entry<K,V> next = e.next; Object k; if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) {//找到要删除的entry modCount++; size--; if (prev == e) table[i] = next;//删除的是冲突链表的第一个entry else prev.next = next; return e; } prev = e; e = next; } return e; }
前面已经说过HashSet是对HashMap的简单包装,对HashSet的函数调用都会转换成合适的HashMap方法,因此HashSet的实现非常简单,只有不到300行代码。这里不再赘述。
//HashSet是对HashMap的简单包装 public class HashSet<E> { ...... private transient HashMap<E,Object> map;//HashSet里面有一个HashMap // Dummy value to associate with an Object in the backing Map private static final Object PRESENT = new Object(); public HashSet() { map = new HashMap<>(); } ...... public boolean add(E e) {//简单的方法转换 return map.put(e, PRESENT)==null; } ...... }
以上是詳解Java集合框架HashSet和HashMap原始碼剖析(圖)的詳細內容。更多資訊請關注PHP中文網其他相關文章!