HashMap源码分析（上）

最新推荐文章于 2024-11-16 17:47:18 发布

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本文详细介绍了HashMap的数据结构、工作原理以及各种方法的应用。探讨了HashMap如何实现Map接口，包括其内部哈希表的运作机制、初始化参数的选择及对性能的影响。此外还讲解了HashMap的线程安全性问题及解决方案。

HashMap的继承关系

HashMap<K, V> extends AbstractMap<K, V> implements Map<K, V>, Cloneable, serializable

AbstractMap<K, V> implements Map<K, V>

HashMap是基于哈希表的Map接口的一种实现，相对应的还有TreeMap,LinkedHashMap等实现方式，此实现提供了所有可选的映射操作，并且允许Key，和value为null值，此类不能保证映射的顺序，即某一键值对序列在顺如不同的情况下添加到Map集合中，可能出现不同的存储顺序，同时HashMap不会保证该顺序恒久不变。

简介

基于哈希表的 Map 接口的实现。此实现提供所有可选的映射操作，并允许使用 null 值和 null 键。（除了非同步和允许使用 null 之外，HashMap 类与 Hashtable 大致相同。）此类不保证映射的顺序，特别是它不保证该顺序恒久不变。

此实现假定哈希函数将元素适当地分布在各桶之间，可为基本操作（get 和 put）提供稳定的性能。迭代 collection 视图所需的时间与 HashMap 实例的“容量”（桶的数量）及其大小（键-值映射关系数）成比例。所以，如果迭代性能很重要，则不要将初始容量设置得太高（或将加载因子设置得太低）。

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。

通常，默认加载因子 (.75) 在时间和空间成本上寻求一种折衷。加载因子过高虽然减少了空间开销，但同时也增加了查询成本（在大多数 HashMap 类的操作中，包括 get 和 put 操作，都反映了这一点）。在设置初始容量时应该考虑到映射中所需的条目数及其加载因子，以便最大限度地减少 rehash 操作次数。如果初始容量大于最大条目数除以加载因子，则不会发生 rehash 操作。

如果很多映射关系要存储在 HashMap 实例中，则相对于按需执行自动的 rehash 操作以增大表的容量来说，使用足够大的初始容量创建它将使得映射关系能更有效地存储。

注意，此实现不是同步的。如果多个线程同时访问一个哈希映射，而其中至少一个线程从结构上修改了该映射，则它必须保持外部同步。（结构上的修改是指添加或删除一个或多个映射关系的任何操作；仅改变与实例已经包含的键关联的值不是结构上的修改。）这一般通过对自然封装该映射的对象进行同步操作来完成。如果不存在这样的对象，则应该使用 Collections.synchronizedMap* 方法来“包装”该映射。最好在创建时完成这一操作，以防止对映射进行意外的非同步访问，如下所示： Map m = Collections.synchronizedMap(new HashMap(…));*

由所有此类的“collection 视图方法”所返回的迭代器都是快速失败的：在迭代器创建之后，如果从结构上对映射进行修改，除非通过迭代器本身的 remove 方法，其他任何时间任何方式的修改，迭代器都将抛出 ConcurrentModificationException。因此，面对并发的修改，迭代器很快就会完全失败，而不冒在将来不确定的时间发生任意不确定行为的风险。

注意，迭代器的快速失败行为不能得到保证，一般来说，存在非同步的并发修改时，不可能作出任何坚决的保证。快速失败迭代器尽最大努力抛出 ConcurrentModificationException。因此，编写依赖于此异常的程序的做法是错误的，正确做法是：迭代器的快速失败行为应该仅用于检测程序错误。

构造方法

构造方法	方法作用
HashMap()	构造具有默认容量（16）和默认装载因子0.75的空HashMap
HashMap(int initialCapacity)	构造具有指定容量和默认装载因子
HashMap(int initialCapacity, float loadFactor)	构造具有指定容量和指定装载因子
HashMap(Map<? extends K, ? extends V> m)	构造一个映射关系和指定Map相同的

其他方法

返回值	方法名	作用
clear()	clear()	移除所有的映射关系
Object	clone()	返回实例的浅表本身，并不复制键和值本身
boolean	containsKey(Object Key)	如果包含对于指定key的映射，返回true
boolean	containsValue(Object value)	如果包含关于value的映射，返回true
Set<K, V>	entrySet()	返回键值对Set
Set<K>	keySet()	返回key的Set集合
V	get(Object key)	返回指定键映射的值，无则null
boolean	isEmpty()	实例中是否有键值对映射
V	put(K key, V value)	指定键值对映射
void	putAll(Map<? extends K, ? extends V> m)	复制指定键值对映射到实例
V	remove(Object key)	删除指定键的映射关系
int	size()	返回映射关系数
Collection<V>	values()	返回映射的值的Collection视图
V	putIfAbsent(K key, V value)	如果存在指定映射，不修改
V	compute(K key, BiFunction<? super K, ? super V, ? extends V> remppingFunction)	尝试计算指定键及其当前映射值的映射（如果没有当前映射则为null）
V	computeIfAbsent(K key, BiFunction<? super K, ? super V, ? extends V> remppingFunction)	如果指定键尚未建立映射（或映射到null），则尝试使用给定的映射函数计算其值，然后输入到此映射中，除非为null
V	computeIfPresent(K key, BiFunction<? super K, ? super V, ? extends V> remppingFunction)	如果指定键的值存在且非空，则尝试计算给定键和当前映射值的新映射
void	forEach(BiConsumer<? super K, ? super V> action）	对此映射中的每个条目执行给定的操作，直到所有条目都已处理或操作抛出异常
V	merge(K key, V value, BiFunction<? super V, ? super V, ? super V> remppingFunction)	如果指定的键尚未与值关联或与空值相关联，则将其与给定的非空值相关联
V	getOrDefault(K key, V defaultValue)	返回指定键映射到的值，如果此映射不包含键的映射，则返回defaultValue