Java--HashMap底层浅析

Map

Map及其实现类

• Hashtable：

  • 在jdk1.0时出现，为在java最早出现的键值对，之所以在jdk1.2之后出现HashMap是因为Hashtable保证了线程的安全效率，但是效率低，而HashMap不保证线程的安全，其效率高于Hashtable

  • 在Hashtable中大部分方法都添加了Synchronized的关键词，从而保证了线程的安全性

  • HashMap可以存储null值的key和value

  • 而在之后的即使涉及到线程安全的问题时，也不再使用Hashtable,而是使用Collections的工具类使得HashMap变为线程安全的

• HashMap：

  • JDK1.2时出现

  • 当下JDK最常用的Map实现类

  • 不能保证线程的安全，但是配合Collections的工具方法可以实现线程的安全

  • 实现数据结构：

    ​ JDK7.0之前:

    ​ - 数组 + 链表

    ​ JDK8.0：

    ​ - 数组 + 链表 + 红黑树

• LinkedHashMap：

  • JDK1.4时出现

  • 遍历Map时可以按照添加的顺序进行遍历，而不是随机的Key值进行遍历，原因：在基本的HashMap的基础上，添加了前后指针，使得可以指向添加前后的元素，从而完成有序遍历的操

  • 对于频繁的遍历操作，LinkedHashMap的效率高于HashMap

• TreeMap:

  • 底层实现与普通的HashMap不同，对于一般有排序特点的数据结构，底层使用的为红黑树
  • 按照key进行排序便于有序的遍历
  • 通过实现Comparable或定制排序Comparator从而完成排序

• Properties：

  • 常用来处理配置文件
  • Key和Value均为String类型

• CurrentHashMap:

  • 实现线程安全
  • 实现分段锁
  • 保证了高并发

Entry

• 在Map中Put的并非两个独立属性，而是一个Entry的接口匿名实现，Entry的Key实现和Value实现
• key为不可重复的，无序的（Set作为容器【并非HashSet,但是可强转为HashSet】）
• value为可重复的无序的，使用Collection进行存储
• key所在的类需要重写hashCode和equals方法

HashMap底层实现

jdk7.0

• 当进行HashMap map = new HashMap()的初始化后，创建了长度位16的Entry数组

• 对于put(key,value):

  1. 调用key所在类的hashCode，若hashCode与已插入的值不相同，则添加成功，否则：

  2. 调用key所在类的equals，若与已存在的的Equals的值不相同则添加成功，否则：

  3. 刷新所对应的key的value【这也是reSet value的方法】

• 在不断添加的过程中，若涉及到扩容问题，默认扩容为原来的2倍：

  • 扩容条件，数组长度 >= 12(临界因子 * 16)且插入位置不空（若插入位置为空则直接插入即可，不需要生成链表）

• 在索引的位置存储元素的方式为链表

• 添加新的元素采用头插法，即：

  void createEnrty(int hash,K key,V value,int bucketIndex){
      Entry<K,V> e = table[bucketIndex];
  	table[bucketIndex] = new Entry(hash,key,value,e);
  	size++;
  }
  

  static class Entry<K,V>{
  	final K key;
  	V value;
  	Entry<K,V> next;
  	int hash;
  
  	Enrty(int h,K k,V v,Entry<K,V> n){  // 头插法添加新的entry元素到entrylist中
  		value = v;
  		next = n;
  		key = k;
  		hash = h;
  	}
  
  }
  

• 为什么要到threshold就扩容，而不是满了再扩容？
  • ans：因为数组为hash码，可能有的位置始终没有元素，而有的位置形成了链表，所以，当阈值因子较小时，链表的长度较短，但是利用率低，当阈值因子较长时，链表较长，查找速率下降，所以阈值因子为0.75

jdk8.0

• 在创建Map时，底层没有创建长度为16的数组
• jdk8.0底层为Node类型的数组，而非entry类型的数组
• 首次调用Put方法时底层创建长度为16的数组
• 当某一个索引的数组位置上的元素以链表形式存在的数据个数 > 8且数组的长度 > 64时，该位置的所有数据升级为红黑树，红黑树为二叉排序树，使得当hashCode相同时查找的效率更快，而不是查找链表
• 在JDK8.0中HashMap的构造方法变为了尾插法，而不是之前的头插法

LinkedHashMap

static class Entry<K,V> extends HashMap.Node<K,V> {
        Entry<K,V> before, after; // 在继承了HashMap的Node的基础上添加了指向前后Entry的指针
        Entry(int hash, K key, V value, Node<K,V> next) {
            super(hash, key, value, next);
        }
    }