深入扒 HashMap 源码 - 6.4 HashMap 内部类迭代器 HashIterator、KeyIterator、ValueIterator、EntryIterator

本文深入探讨了HashMap中四种迭代器的实现原理:HashIterator、KeyIterator、ValueIterator和EntryIterator。重点介绍了它们如何通过遍历桶来实现快速失败机制,确保多线程环境下的一致性和安全性。

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深入扒 HashMap 源码 - 6.4 HashMap 内部类迭代器 HashIterator、KeyIterator、ValueIterator、EntryIterator

2018年10月01日 13:01:21 要努力变成熟的黄小天天 阅读数:241

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KeyIterator、ValueIterator、EntryIterator 都继承于 HashIterator 以及实现了 Iterator,只在内部有部分差异,KeyIterator 的 next() 方法获取的是 key,ValueIterator 的是 value,EntryIterator 是 node
下面看代码实现

abstract class HashIterator {
	// 在当前已读到的元素的下一个元素
    Node<K,V> next;        // next entry to return
    // 当前已读到的元素
    Node<K,V> current;     // current entry
    // 期望操作数,用于多线程情况下,如果多个线程同时对 HashMap 进行读写,
    // 那么这个期望操作数 expectedModCount 和 HashMap 的 modCount 就会不一致,这时候抛个异常出来,称为“快速失败”
    int expectedModCount;  // for fast-fail
    // 当前正在迭代的桶位置索引
    int index;             // current slot
    
    HashIterator() {
        expectedModCount = modCount;
        Node<K,V>[] t = table;
        current = next = null;
        index = 0;
        // 找到第一个不为空的桶的索引
        if (t != null && size > 0) { // advance to first entry
            do {} while (index < t.length && (next = t[index++]) == null);
        }
    }

    // 判断是否有下一个节点
    public final boolean hasNext() {
        return next != null;
    }

    final Node<K,V> nextNode() {
        Node<K,V>[] t;
        Node<K,V> e = next;
        // 这里就是快速失败实现的地方,可以看出,多线程情况下,执行到 if (modCount != expectedModCount) 这行代码时
        // 有可能这时候  modCount 还是等于 expectedModCount,当过了这一行代码,modCount 有可能不等于 expectedModCount
        // 所以对于这个时候会有一个时差,或许会读到有问题的数据
        if (modCount != expectedModCount)
            throw new ConcurrentModificationException();
        if (e == null)
            throw new NoSuchElementException();
        // 当前的桶遍历完了就开始遍历下一个桶
        if ((next = (current = e).next) == null && (t = table) != null) {
            do {} while (index < t.length && (next = t[index++]) == null);
        }
        return e;
    }

    // 和外部 remove(Object key) 差不多,但是不会对 table 的元素进行重排,所以这个方法适合一边迭代一边删除元素
    public final void remove() {
        Node<K,V> p = current;
        if (p == null)
            throw new IllegalStateException();
        // 快速失败
        if (modCount != expectedModCount)
            throw new ConcurrentModificationException();
        current = null;
        K key = p.key;
        removeNode(hash(key), key, null, false, false);
        // 移除操作会使得 HashMap 产生操作数,所以操作完后需要更新一下期望操作数 expectedModCount
        expectedModCount = modCount;
    }
}

final class KeyIterator extends HashIterator implements Iterator<K> {
    public final K next() { return nextNode().key; }
}

final class ValueIterator extends HashIterator implements Iterator<V> {
    public final V next() { return nextNode().value; }
}

final class EntryIterator extends HashIterator implements Iterator<Map.Entry<K,V>> {
    public final Map.Entry<K,V> next() { return nextNode(); }
}
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这里面个人觉得比较巧妙的就是快速失败了,对于性能的提高有很大帮助,另外就是一个一个桶去遍历了

### HashSet 和 HashMap 的定义及区别 #### 定义 - **HashSet** 是基于哈希表实现的集合,不允许存储重复元素。它不保证元素的顺序,并且允许一个 `null` 元素[^2]。 - **HashMap** 是一种键值对(key-value pairs)的集合,允许存储唯一的键和任意的值。它不保证键值对的顺序,并允许一个 `null` 键和多个 `null` 值[^1]。 #### 区别 - **数据结构**:`HashSet` 底层使用 `HashMap` 实现,其中每个元素作为 `HashMap` 的键,而值是一个固定的对象引用[^3]。 - **唯一性**:`HashSet` 中的元素必须唯一,而 `HashMap` 中的键是唯一的,但值可以重复。 - **功能**:`HashSet` 仅支持元素的增删查操作,而 `HashMap` 支持键值对的操作,包括根据键获取值、更新值等。 --- ### 增删改查操作 #### HashSet - **添加元素**:使用 `add(E e)` 方法将元素添加到集合中。如果集合中已存在该元素,则不会重复添加[^1]。 - **删除元素**:使用 `remove(Object o)` 方法从集合中移除指定元素。 - **修改元素**:`HashSet` 不直接支持修改操作,若要修改某个元素,需要先删除旧元素再添加新元素。 - **查找元素**:使用 `contains(Object o)` 方法检查集合中是否包含指定元素。 ```java HashSet<String> set = new HashSet<>(); set.add("Alice"); // 添加元素 set.remove("Alice"); // 删除元素 boolean contains = set.contains("Alice"); // 查找元素 ``` #### HashMap - **添加键值对**:使用 `put(K key, V value)` 方法将键值对插入到映射中。如果键已存在,则更新其对应的值[^1]。 - **删除键值对**:使用 `remove(Object key)` 方法根据键删除对应的键值对。 - **修改值**:通过 `put(K key, V value)` 方法更新已存在的键的值。 - **查找值**:使用 `get(Object key)` 方法根据键获取对应的值。 ```java HashMap<String, Integer> map = new HashMap<>(); map.put("Alice", 25); // 添加或修改键值对 map.remove("Alice"); // 删除键值对 Integer age = map.get("Alice"); // 查找值 ``` --- ### 遍历方法 #### 使用 for 循环遍历 ##### HashSet 通过增强 for 循环可以直接遍历集合中的元素。 ```java HashSet<String> set = new HashSet<>(); set.add("Alice"); set.add("Bob"); for (String name : set) { System.out.println(name); } ``` ##### HashMap 可以通过键集、值集或条目集进行遍历。 ```java HashMap<String, Integer> map = new HashMap<>(); map.put("Alice", 25); map.put("Bob", 30); // 遍历键 for (String key : map.keySet()) { System.out.println(key); } // 遍历值 for (Integer value : map.values()) { System.out.println(value); } // 遍历键值对 for (Map.Entry<String, Integer> entry : map.entrySet()) { System.out.println(entry.getKey() + ": " + entry.getValue()); } ``` #### 使用迭代器遍历 ##### HashSet 通过 `Iterator` 接口可以逐一遍历集合中的元素。 ```java HashSet<String> set = new HashSet<>(); set.add("Alice"); set.add("Bob"); Iterator<String> iterator = set.iterator(); while (iterator.hasNext()) { String name = iterator.next(); System.out.println(name); } ``` ##### HashMap 可以通过键集、值集或条目集的迭代器进行遍历。 ```java HashMap<String, Integer> map = new HashMap<>(); map.put("Alice", 25); map.put("Bob", 30); // 遍历键 Iterator<String> keyIterator = map.keySet().iterator(); while (keyIterator.hasNext()) { String key = keyIterator.next(); System.out.println(key); } // 遍历值 Iterator<Integer> valueIterator = map.values().iterator(); while (valueIterator.hasNext()) { Integer value = valueIterator.next(); System.out.println(value); } // 遍历键值对 Iterator<Map.Entry<String, Integer>> entryIterator = map.entrySet().iterator(); while (entryIterator.hasNext()) { Map.Entry<String, Integer> entry = entryIterator.next(); System.out.println(entry.getKey() + ": " + entry.getValue()); } ``` --- ###
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