JDK7中的HashMap
HashMap底層維護一個陣列,陣列中的每一項都是一個Entry
1 | transient Entry<K,V>[] table; |
我們向 HashMap 中所放置的物件實際上是儲存在該陣列當中;
而Map中的key,value則以Entry的形式存放在陣列中
1 2 3 4 5 | static class Entry<K,V> implements Map.Entry<K,V> { final K key; V value; Entry<K,V> next; int hash; |
而這個Entry應該放在陣列的哪一個位置上(這個位置通常稱為位桶或者hash桶,即hash值相同的Entry會放在同一位置,用連結串列相連),是通過key的hashCode來計算的。
1 2 3 4 5 6 7 | final int hash(Object k) { int h = 0 ; h ^= k.hashCode(); h ^= (h >>> 20 ) ^ (h >>> 12 ); return h ^ (h >>> 7 ) ^ (h >>> 4 ); } |
通過hash計算出來的值將會使用indexFor方法找到它應該所在的table下標:
1 2 3 | static int indexFor( int h, int length) { return h & (length- 1 ); } |
這個方法其實相當於對table.length取模。
當兩個key通過hashCode計算相同時,則發生了hash衝突(碰撞),HashMap解決hash衝突的方式是用連結串列。
當發生hash衝突時,則將存放在陣列中的Entry設定為新值的next(這裡要注意的是,比如A和B都hash後都對映到下標i中,之前已經有A了,當map.put(B)時,將B放到下標i中,A則為B的next,所以新值存放在陣列中,舊值在新值的連結串列上)
示意圖:
所以當hash衝突很多時,HashMap退化成連結串列。
總結一下map.put後的過程:
當向 HashMap 中 put 一對鍵值時,它會根據 key的 hashCode 值計算出一個位置, 該位置就是此物件準備往陣列中存放的位置。
如果該位置沒有物件存在,就將此物件直接放進陣列當中;如果該位置已經有物件存在了,則順著此存在的物件的鏈開始尋找(為了判斷是否是否值相同,map不允許<key,value>鍵值對重複), 如果此鏈上有物件的話,再去使用 equals方法進行比較,如果對此鏈上的每個物件的 equals 方法比較都為 false,則將該物件放到陣列當中,然後將陣列中該位置以前存在的那個物件連結到此物件的後面。
值得注意的是,當key為null時,都放到table[0]中
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 | private V putForNullKey(V value) { for (Entry<K,V> e = table[ 0 ]; e != null ; e = e.next) { if (e.key == null ) { V oldValue = e.value; e.value = value; e.recordAccess( this ); return oldValue; } } modCount ; addEntry( 0 , null , value, 0 ); return null ; } |
當size大於threshold時,會發生擴容。 threshold等於capacity*load factor
1 2 3 4 5 6 7 8 9 | void addEntry( int hash, K key, V value, int bucketIndex) { if ((size >= threshold) && ( null != table[bucketIndex])) { resize( 2 * table.length); hash = ( null != key) ? hash(key) : 0 ; bucketIndex = indexFor(hash, table.length); } createEntry(hash, key, value, bucketIndex); } |
jdk7中resize,只有當 size>=threshold並且 table中的那個槽中已經有Entry時,才會發生resize。即有可能雖然size>=threshold,但是必須等到每個槽都至少有一個Entry時,才會擴容。還有注意每次resize都會擴大一倍容量
JDK8中的HashMap
一直到JDK7為止,HashMap的結構都是這麼簡單,基於一個陣列以及多個連結串列的實現,hash值衝突的時候,就將對應節點以連結串列的形式儲存。
這樣子的HashMap效能上就抱有一定疑問,如果說成百上千個節點在hash時發生碰撞,儲存一個連結串列中,那麼如果要查詢其中一個節點,那就不可避免的花費O(N)的查詢時間,這將是多麼大的效能損失。這個問題終於在JDK8中得到了解決。再最壞的情況下,連結串列查詢的時間複雜度為O(n),而紅黑樹一直是O(logn),這樣會提高HashMap的效率。
JDK7中HashMap採用的是位桶 連結串列的方式,即我們常說的雜湊連結串列的方式,而JDK8中採用的是位桶 連結串列/紅黑樹(有關紅黑樹請檢視紅黑樹)的方式,也是非執行緒安全的。當某個位桶的連結串列的長度達到某個閥值(預設超過8)的時候,這個連結串列就將轉換成紅黑樹。
JDK8中,當同一個hash值的節點數不小於8時,將不再以單連結串列的形式儲存了,會被調整成一顆紅黑樹(上圖中null節點沒畫)。這就是JDK7與JDK8中HashMap實現的最大區別。
接下來,我們來看下JDK8中HashMap的原始碼實現。
JDK中Entry的名字變成了Node,原因是和紅黑樹的實現TreeNode相關聯。
1 | transient Node<K,V>[] table; |
當衝突節點數不小於8-1時,轉換成紅黑樹。
1 | static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8 ; |
以put方法在JDK8中有了很大的改變
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treeifyBin()就是將連結串列轉換成紅黑樹。
之前的indefFor()方法消失 了,直接用(tab.length-1)&hash,所以看到這個,代表的就是陣列的下角標。
1 2 3 4 | static final int hash(Object key) { int h; return (key == null ) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16 ); } |
效能提升有什麼用處?例如說惡意的程式,假設它知道我們用的是雜湊演算法。它可能會傳送大量的請求,導致產生嚴重的雜湊碰撞。然後不停的訪問這些 key就能顯著的影響server的效能。這樣就形成了一次拒絕服務攻擊(DoS)。
JDK 8中從O(n)到O(logn)的飛躍,能夠有效地防止類似的攻擊,同一時候也讓HashMap效能的可預測性略微增強了一些
JDK7即使負載因子和Hash演算法設計的再合理,也免不了會出現拉鍊過長的情況,一旦出現拉鍊過長,則會嚴重影響HashMap的效能。於是,在JDK1.8版本中,對資料結構做了進一步的優化,引入了紅黑樹。而當連結串列長度太長(預設超過8)時,連結串列就轉換為紅黑樹,利用紅黑樹快速增刪改查的特點提高HashMap的效能,其中會用到紅黑樹的插入、刪除、查詢等演算法。
當插入新元素時,對於紅黑樹的判斷如下:
判斷table[i] 是否為treeNode,即table[i] 是否是紅黑樹,如果是紅黑樹,則直接在樹中插入鍵值對,否則轉向下面;
遍歷table[i],判斷連結串列長度是否大於8,大於8的話把連結串列轉換為紅黑樹,在紅黑樹中執行插入操作,否則進行連結串列的插入操作;遍歷過程中若發現key已經存在直接覆蓋value即可;
文章來源:http://www.importnew.com/23164.html
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