Java容器之HashMap源码总结

Java容器之HashMap源码总结

Map是一种将对象和对象相关联的设计;HashMap设计用来快速访问,TreeMap保持键始终处于排序状态,所以没有HashMap快。
Map的数据结构是链表的数据,根据hash值确定数组下标,hash值冲突时采用拉链法拓展哈希表。
map中key和value都可以为null

Map接口

package gemme.collection;

import java.util.Set;

/**
 * 自定义接口Map
 * */
public interface IMyMap<K, V> {

    // 元素数目
    int size();

    // 集合是否为空
    boolean isEmpty();

    // 是否包含Key
    boolean containsKey(Object key);

    // 根据键获取值
    V get(Object key);

    // 将键值对放入集合中
    V put(K key, V value);

    // 移除键值对
    V remove(Object key);


    interface MyEntry<K, V> {

        K getKey();

        V getValue();

        V setValue(V newValue);

        boolean equals(Object o);

        int hashCode();

    }
}

抽象类和实现类

package gemme.collection;

/**
 * 自定义抽象类AbstractMap
 * */
public abstract class IMyAbstractMap<K, V> implements IMyMap<K, V> {

}


package gemme.collection;

import java.util.Objects;

public class MyHashMap<K, V> extends IMyAbstractMap<K, V> implements IMyMap<K, V> {
    //默认初始化大小 16
    int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4;

    //默认负载因子 0.75
    float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;

    //元素个数
    int size;

    // 临界值
    int threshold;

    // 负载因子
    float loadFactor;

    MyEntry<?, ?>[] EMPTY_TABLE = {};

    // 哈希表
    MyEntry<K, V>[] table = (MyEntry<K, V>[]) EMPTY_TABLE;


    public MyHashMap() {
        threshold = (int) (DEFAULT_INITIAL_CAPACITY * DEFAULT_LOAD_FACTOR);
        loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR;
        size = 0;
    }

    /**
     * 获取key的哈希值
     * */
    int hash(Object k) {
        int h = 0;
        h ^= k.hashCode();
        h ^= (h >>> 20) ^ (h >>> 12);
        return h ^ (h >>> 7) ^ (h >>> 4);
    }

    @Override
    public int size() {
        return size;
    }

    @Override
    public boolean isEmpty() {
        return size == 0;
    }

    /**
     * 当Key为空时,Entry下标为0,拿到该链表遍历并比较它们的Key
     * */
    private V getForNullKey() {
        if (size == 0) {
            return null;
        }
        for (MyEntry<K, V> e = table[0]; e != null; e = e.next) {
            if (null == e.getKey()) {
                return e.getValue();
            }
        }
        return null;
    }

    /**
     * 根据键值获取entry,先计算哈希值,根据哈希值找到ENTRY链表,遍历链表
     * */
    MyEntry<K, V> getEntry(Object key) {
        if (size == 0) {
            return null;
        }
        int hash = (key == null) ? 0 : hash(key);
        for (MyEntry<K, V> e = table[indexFor(hash, table.length)]; e != null; e = e.next) {
            Object k = e.key;
            if (e.hash == hash && (k == key || (k != null && k.equals(key) ))){
                return e;
            }
        }
        return null;
    }

    static int indexFor(int h, int length) {
        return h & (length - 1);
    }

    @Override
    public boolean containsKey(Object key) {
        return getEntry(key) != null;
    }


    /**
     * 根据键获取值
     * */
    @Override
    public V get(Object key) {
        if (null == key) {
            return getForNullKey();
        }
        MyEntry<K, V> entry = getEntry(key);
        return null == entry ? null : entry.getValue();
    }


    @Override
    public V put(K key, V value) {
        if (table == EMPTY_TABLE) {
            // 初始化
            threshold = (int) (DEFAULT_INITIAL_CAPACITY * loadFactor);
            table = new MyEntry[DEFAULT_INITIAL_CAPACITY];
        }
        if (null == key) {
            putForNullKey(value);
        }
        int hash = hash(key);
        int index = indexFor(hash, table.length);
        //遍历index位置的entry,若找到重复key则更新对应entry的值,然后返回
        for (MyEntry<K, V> e = table[index]; e != null; e = e.next) {
            if (e.hash == hash && (e.key == key || key.equals(e.key))) {
                V oldValue = e.getValue();
                e.setValue(value);
                return oldValue;
            }
        }
        addEntry(hash, key, value, index);
        return null;
    }


    private void addEntry(int hash, K key, V value, int index) {
        // 判断size是否达到临界值,若已达到则进行扩容,将table的capacicy翻倍
        if (size > threshold) {
            resize(2 * table.length);
            hash = (key != null) ? hash(key) : 0;
            index = indexFor(hash, table.length);
        }
        // 将新的entry放到table的index位置第一个,若原来有值则以链表形式存放
        MyEntry<K, V> entry = table[index];
        table[index] = new MyEntry<>(hash, key, value, entry);
        size++;
    }


    private void resize(int newCapacity) {
        MyEntry[] newTable = new MyEntry[newCapacity];
        // 遍历原table,将每个entry都重新计算hash放入newTable中
        for (MyEntry<K, V> e : table) {
            while (null != e) {
                MyEntry<K, V> next = e.next;
                int i = indexFor(e.hash, newCapacity);
                // 将entry指到新的newTable,设置next
                e.next = newTable[i];
                // 设置newTable的值为e
                newTable[i] = e;
                e = next;
            }
        }
        // 用newTable替table
        table = newTable;
        // 修改临界值
        threshold = (int) (table.length * DEFAULT_LOAD_FACTOR);
    }


    private V putForNullKey(V value) {
        for (MyEntry<K, V> e = table[0]; e != null; e = e.next) {
            if (e.key == null) {
                V oldValue = e.value;
                e.value = value;
                return oldValue;
            }
        }
        addEntry(0, null, value, 0);
        return null;
    }

    @Override
    public V remove(Object key) {
        MyEntry<K, V> e = removeEntryForKey(key);
        return e == null ? null : e.getValue();
    }


    MyEntry<K, V> removeEntryForKey(Object key) {
        if (size == 0) {
            return null;
        }
        int hash = (key == null) ? 0 : hash(key);
        int i = indexFor(hash, table.length);

        MyEntry<K, V> prev = table[i];
        MyEntry<K, V> e = prev;

        while (e != null) {
            MyEntry<K, V> next = e.next;
            if (e.hash == hash && (e.key == key || key.equals(e.key))) {
                size--;
                // 如果删除的是链表的第一个节点
                if (prev == e) {
                    table[i] = next;
                } else {
                    // 不是链表的第一个节点,前一个节点直接指向next
                    prev.next = next;
                }
                return e;
            }
            prev = e;
            e = next;
        }
        // 没有找到对应的节点,返回null
        return null;
    }


    /**
     * 自定义节点MyEntry
     * */
    static class MyEntry<K, V> implements IMyMap.MyEntry<K, V> {

        K key;
        V value;
        MyEntry<K, V> next;
        int hash;

        MyEntry(int h, K k, V v, MyEntry<K, V> n) {
            hash = h;
            key = k;
            value = v;
            next = n;
        }

        @Override
        public K getKey() {
            return key;
        }

        @Override
        public V getValue() {
            return value;
        }

        @Override
        public V setValue(V newValue) {
            V oldValue = value;
            value = newValue;
            return oldValue;
        }

        @Override
        public boolean equals(Object o) {
            return false;
        }

        public int hashCode() {
            return Objects.hash(getKey()) ^ Objects.hash(getValue());
        }
    }


    @Override
    public String toString() {
        StringBuilder sb = new StringBuilder();
        for (MyEntry entry : table) {
            while (entry != null) {
                sb.append(entry.getKey() + ":" + entry.getValue() + "  ");
                entry = entry.next;
            }
        }
        return sb.toString();
    }
}

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