Java中的HashMap有什么用

這篇文章主要講解了“Java中的HashMap有什么用”，文中的講解內(nèi)容簡(jiǎn)單清晰，易于學(xué)習(xí)與理解，下面請(qǐng)大家跟著小編的思路慢慢深入，一起來研究和學(xué)習(xí)“Java中的HashMap有什么用”吧！

一直以來似乎都有一個(gè)錯(cuò)覺，認(rèn)為map跟其他的集合類一樣繼承自Collection，其實(shí)不然，Map和Collection在結(jié)構(gòu)層次上是沒有任何關(guān)系的，通過查看源碼可以發(fā)現(xiàn)map所有操作都是基于key-value對(duì)，而不是單獨(dú)的元素。

下面以HashMap為例子，深入對(duì)Map的實(shí)現(xiàn)機(jī)制進(jìn)行了解，在這個(gè)過程中，請(qǐng)打開jdk源碼。

Hash算法

HashMap使用Hash算法，所以在解剖HashMap之間，需要先簡(jiǎn)單的了解Hash算法，Hash算法一般也成為散列算法，通過散列算法將任意的值轉(zhuǎn)化成固定的長(zhǎng)度輸出，該輸出就是散列值，這是一種壓縮映射，也就是，散列值的空間遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于輸入的值空間。

簡(jiǎn)單的說，hash算法的意義在于提供了一種快速存取數(shù)據(jù)的方法,它用一種算法建立鍵值與真實(shí)值之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系,(每一個(gè)真實(shí)值只能有一個(gè)鍵值,但是一個(gè)鍵值可以對(duì)應(yīng)多個(gè)真實(shí)值),這樣可以快速在數(shù)組等里面存取數(shù)據(jù)。

下面我們建立一個(gè)HashMap,然后往里面放入12對(duì)key-value，這個(gè)HashMap的默認(rèn)數(shù)組長(zhǎng)度為16，我們的key分別存放在該數(shù)組的格子中，每個(gè)格子下面存放的元素又是以鏈表的方式存放元素。

public   static   void  main(String[] args) {          Map map  =   new  HashMap();          map.put( " What " ,  " chenyz " );          map.put( " You " ,  " chenyz " );          map.put( " Don't " ,  " chenyz " );          map.put( " Know " ,  " chenyz " );          map.put( " About " ,  " chenyz " );          map.put( " Geo " ,  " chenyz " );          map.put( " APIs " ,  " chenyz " );          map.put( " Can't " ,  " chenyz " );          map.put( " Hurt " ,  " chenyz " );          map.put( " you " ,  " chenyz " );          map.put( " google " ,  " chenyz " );          map.put( " map " ,  " chenyz " );          map.put( " hello " ,  " chenyz " );      }

當(dāng)我們新添加一個(gè)元素時(shí)，首先我們通過Hash算法計(jì)算出這個(gè)元素的Hash值的hashcode，通過這個(gè)hashcode的值，我們就可以計(jì)算出這個(gè)新元素應(yīng)該存放在這個(gè)hash表的哪個(gè)格子里面，如果這個(gè)格子中已經(jīng)存在元素，那么就把新的元素加入到已經(jīng)存在格子元素的鏈表中。

運(yùn)行上面的程序，我們對(duì)HashMap源碼進(jìn)行一點(diǎn)修改，打印出每個(gè)key對(duì)象的hash值

What-->hash值：8

You-->hash值：3

Don't-->hash值：7

Know-->hash值：13

About-->hash值：11

Geo-->hash值：12

APIs-->hash值：1

Can't-->hash值：7

Hurt-->hash值：1

you-->hash值：10

google-->hash值：3

map-->hash值：8

hello-->hash值：0

計(jì)算出來的Hash值分別代表該key應(yīng)該存放在Hash表中對(duì)應(yīng)數(shù)字的格子中，如果該格子已經(jīng)有元素存在，那么該key就以鏈表的方式依次放入格子中

從上表可以看出，Hash表是線性表和鏈表的綜合所得，根據(jù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的定義，可以得出粗劣的結(jié)論，Hash算法的存取速度要比數(shù)組差一些，但是比起單純的鏈表，在查找和存取方面卻要好多。

如果要查找一個(gè)元素時(shí)，同樣的方式，通過Hash函數(shù)計(jì)算出這個(gè)元素的Hash值hashcode，然后通過這個(gè)hashcode值，直接找到跟這個(gè)hash值相對(duì)應(yīng)的線性格子，進(jìn)如該格子后，對(duì)這個(gè)格子存放的鏈表元素逐個(gè)進(jìn)行比較，直到找到對(duì)應(yīng)的hash值。

在簡(jiǎn)單了解完Hash算法后，我們打開HashMap源碼

初始化HashMap

下面我們看看Map map = new HashMap();這段代碼究竟做了什么，發(fā)生了什么數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的變化。

HashMap中幾個(gè)重要的屬性

transient Entry[] table;

用來保存key-value的對(duì)象Entry數(shù)組，也就是Hash表

transient int size;

返回HashMap的鍵值對(duì)個(gè)數(shù)

final float loadFactor;

負(fù)載因子，用來決定Entry數(shù)組是否擴(kuò)容的因子，HashMap默認(rèn)是0.75f

int threshold;

重構(gòu)因子，(capacity * load factor)負(fù)載因子與Entry[]數(shù)組容積的乘值

public   class  HashMap < K,V >        extends  AbstractMap < K,V >        implements  Map < K,V > , Cloneable, Serializable  {       int  threshold;            final   float  loadFactor;        transient  Entry[] table;        static   final   float  DEFAULT_LOAD_FACTOR  =   0.75f ;        static   final   int  DEFAULT_INITIAL_CAPACITY  =   16 ;        public  HashMap( int  initialCapacity,  float  loadFactor) {           if  (initialCapacity  <   0 )               throw   new  IllegalArgumentException( " Illegal initial capacity:  "   +                                                  initialCapacity);           if  (initialCapacity  >  MAXIMUM_CAPACITY)              initialCapacity  =  MAXIMUM_CAPACITY;           if  (loadFactor  <=   0   ||  Float.isNaN(loadFactor))               throw   new  IllegalArgumentException( " Illegal load factor:  "   +                                                  loadFactor);            //  Find a power of 2 >= initialCapacity            int  capacity  =   1 ;           while  (capacity  <  initialCapacity)              capacity  <<=   1 ;            this .loadFactor  =  loadFactor;          threshold  =  ( int )(capacity  *  loadFactor);          table  =   new  Entry[capacity];          init();      }

以public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor)構(gòu)造函數(shù)為例，另外兩個(gè)構(gòu)造函數(shù)實(shí)際上也是以同種方式來構(gòu)建HashMap.

首先是要確定hashMap的初始化的長(zhǎng)度，這里使用的策略是循環(huán)查出一個(gè)大于initialCapacity的2的次方的數(shù)，例如 initialCapacity的值是10，那么大于10的數(shù)是2的4次方，也就是16

capacity的值被賦予了16，那么實(shí)際上table數(shù)組的長(zhǎng)度是16，之所以采用這樣的策略來構(gòu)建Hash表的長(zhǎng)度，是因?yàn)?的次方運(yùn)算對(duì)于計(jì)算機(jī)來說是有相當(dāng)?shù)男省?/p>

loadFactor，被稱為負(fù)載因子，HashMap的默認(rèn)負(fù)載因子是0.75f

threshold，接下來是重構(gòu)因子，由負(fù)載因子和容量的乘機(jī)組成，它表示當(dāng)HashMap元素被存放了多少個(gè)之后，需要對(duì)HashMap進(jìn)行重構(gòu)。

通過這一系列的計(jì)算和定義后，初始化Entry[] table;

put(key,value)

接下來看一對(duì)key-value是如何被存放到HashMap中：put(key,value)

 public  V put(K key, V value) {       if  (key  ==   null )           return  putForNullKey(value);       int  hash  =  hash(key.hashCode());             int  i  =  indexFor(hash, table.length);      System.out.println(key + " -->hash值： " + i); // 這就是剛才程序打印出來的key對(duì)應(yīng)hash值        for  (Entry < K,V >  e  =  table[i]; e  !=   null ; e  =  e.next) {          Object k;           if  (e.hash  ==  hash  &&  ((k  =  e.key)  ==  key  ||  key.equals(k))) {              V oldValue  =  e.value;              e.value  =  value;              e.recordAccess( this );               return  oldValue;          }      }       modCount ++ ;      addEntry(hash, key, value, i);       return   null ;  }    static   int  hash( int  h) {      h  ^=  (h  >>>   20 )  ^  (h  >>>   12 );       return  h  ^  (h  >>>   7 )  ^  (h  >>>   4 );  }    static   int  indexFor( int  h,  int  length) {       return  h  &  (length - 1 );  }

這里是整個(gè)hash的關(guān)鍵，請(qǐng)打開源碼查看一步一步查看。

hash(key.hashCode()) 計(jì)算出key的hash碼 //對(duì)于hash()的算法，這里有一篇分析很透徹的文章

indexFor(hash, table.length) 通過一個(gè)與算法計(jì)算出來，該key應(yīng)在存放在Hash表的哪個(gè)格子中。

for (Entry e = table[i]; e != null; e = e.next) 然后再遍歷table[i]格中的鏈表，判斷是否已經(jīng)存在一樣的key，如果存在一樣的key值，那么就用新的value覆蓋舊的value，并把舊的value值返回。

addEntry(hash, key, value, i) 如果經(jīng)過遍歷鏈表沒有發(fā)現(xiàn)同樣的key，那么進(jìn)行addEntry函數(shù)的操作，增加當(dāng)前key到hash表中的第i個(gè)格子中的鏈表中

void  addEntry( int  hash, K key, V value,  int  bucketIndex) {     Entry < K,V >  e  =  table[bucketIndex];     table[bucketIndex]  =   new  Entry < K,V > (hash, key, value, e);      if  (size ++   >=  threshold)         resize( 2   *  table.length);

Entry e = table[bucketIndex];   創(chuàng)建一個(gè)Entry對(duì)象來存放鍵值（ps:Entry對(duì)象是一個(gè)鏈表對(duì)象）

table[bucketIndex] = new Entry(hash, key, value, e); 將Entry對(duì)象添加到鏈表中

if (size++ >= threshold) resize(2 * table.length); ***將size進(jìn)行自增，判斷size值是否大于重構(gòu)因子，如果大于那么就是用resize進(jìn)行擴(kuò)容重構(gòu)。

void  resize( int  newCapacity) {     Entry[] oldTable  =  table;      int  oldCapacity  =  oldTable.length;      if  (oldCapacity  ==  MAXIMUM_CAPACITY) {         threshold  =  Integer.MAX_VALUE;          return ;     }      Entry[] newTable  =   new  Entry[newCapacity];     transfer(newTable);     table  =  newTable;     threshold  =  ( int )(newCapacity  *  loadFactor);

這里為什么是否需要擴(kuò)容重構(gòu)，其實(shí)是涉及到負(fù)載因子的性能問題

loadFactor負(fù)載因子

上面說過loadFactor是一個(gè)hashMap的決定性屬性，HashSet和HashMap的默認(rèn)負(fù)載因子都是0.75，它表示，如果哈希表的容量超過3/4時(shí)，將自動(dòng)成倍的增加哈希表的容量，這個(gè)值是權(quán)衡了時(shí)間和空間的成本，如果負(fù)載因子較高，雖然會(huì)減少對(duì)內(nèi)存空間的需求，但也會(huì)增加查找數(shù)據(jù)的時(shí)間開銷，無(wú)論是put()和get()都涉及到對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行查找的動(dòng)作，所以負(fù)載因子是不適宜設(shè)置過高

get(key)

接下來看看get(key)做了什么

 public  V get(Object key) {       if  (key  ==   null )           return  getForNullKey();       int  hash  =  hash(key.hashCode());       for  (Entry < K,V >  e  =  table[indexFor(hash, table.length)];           e  !=   null ;           e  =  e.next) {          Object k;           if  (e.hash  ==  hash  &&  ((k  =  e.key)  ==  key  ||  key.equals(k)))               return  e.value;      }       return   null ;  }

這些動(dòng)作似乎是跟put(key，value)相識(shí)，通過hash算法獲取key的hash碼，再通過indexFor定位出該key存在于table的哪一個(gè)下表，獲取該下標(biāo)然后對(duì)下標(biāo)中的鏈表進(jìn)行遍歷比對(duì)，如果有符合就直接返回該key的value值。

keySet()

這里還涉及另一個(gè)問題，上面說了HashMap是跟set沒有任何親屬關(guān)系，但map也一樣實(shí)現(xiàn)了keySet接口，下面譜析一下keySet在hashMap中是如何實(shí)現(xiàn)的，這里給出部分代碼，請(qǐng)結(jié)合源碼查看

public  K next() {               return  nextEntry().getKey();          }        final  Entry < K,V >  nextEntry() {               if  (modCount  !=  expectedModCount)                   throw   new  ConcurrentModificationException();              Entry < K,V >  e  =  next;               if  (e  ==   null )                   throw   new  NoSuchElementException();                if  ((next  =  e.next)  ==   null ) {                  Entry[] t  =  table;                   while  (index  <  t.length  &&  (next  =  t[index ++ ])  ==   null )                      ;              }          current  =  e;               return  e;          }

代碼很簡(jiǎn)單，就是對(duì)每個(gè)格子里面的鏈表進(jìn)行遍歷，也正是這個(gè)原因，當(dāng)我們依次將key值put進(jìn)hashMap中，但在使用map.entrySet().iterator()進(jìn)行遍歷時(shí)候卻不是put時(shí)候的順序。

擴(kuò)容

在前面說到put函數(shù)的時(shí)候，已經(jīng)提過了擴(kuò)容的問題

if  (size ++   >=  threshold)  resize( 2   *  table.length);

這里一個(gè)是否擴(kuò)容的判斷，當(dāng)數(shù)據(jù)達(dá)到了threshold所謂的重構(gòu)因子，而不是HashMap的***容量，就進(jìn)行擴(kuò)容。

Entry[] oldTable    threshold   }   Entry[] newTable           transfer(newTable);          table           threshold       }          Entry[] src               Entry                  src[j]                       Entry                      e.next                      newTable[i]                       e                   }               }          }      }  void  resize( int  newCapacity)   { =  table; int  oldCapacity  =  oldTable.length; if  (oldCapacity  ==  MAXIMUM_CAPACITY) { =  Integer.MAX_VALUE;   return ; =   new  Entry[newCapacity]; =  newTable; =  ( int )(newCapacity  *  loadFactor); void  transfer(Entry[] newTable) { =  table; int  newCapacity  =  newTable.length; for  ( int  j  =   0 ; j  <  src.length; j ++ ) { < K,V >  e  =  src[j]; if  (e  !=   null ) { =   null ; do  { < K,V >  next  =  e.next; int  i  =  indexFor(e.hash, newCapacity); =  newTable[i]; =  e; =  next; while  (e  !=   null );

transfer方法實(shí)際上是將所有的元素重新進(jìn)行一些hash，這是因?yàn)槿萘孔兓耍總€(gè)元素相對(duì)應(yīng)的hash值也會(huì)不一樣。

使用HashMap

1.不要再高并發(fā)中使用HashMap，HashMap是線程不安全，如果被多個(gè)線程共享之后，將可能發(fā)生不可預(yù)知的問題。

2.如果數(shù)據(jù)大小事固定的，***在初始化的時(shí)候就給HashMap一個(gè)合理的容量值，如果使用new HashMap()默認(rèn)構(gòu)造函數(shù)，重構(gòu)因子的值是16*0.75=12，當(dāng)HashMap的容量超過了12后，就會(huì)進(jìn)行一系列的擴(kuò)容運(yùn)算，重建一個(gè)原來成倍的數(shù)組，并且對(duì)原來存在的元素進(jìn)行重新的hash運(yùn)算，如果你的數(shù)據(jù)是有成千上萬(wàn)的，那么你的成千上萬(wàn)的數(shù)據(jù)也要跟這你的擴(kuò)容不斷的hash，這將產(chǎn)生高額的內(nèi)存和cpu的大量開銷。

當(dāng)然啦，HashMap的函數(shù)還有很多，不過都是基于table的鏈表進(jìn)行操作，當(dāng)然也就是hash算法，Map & hashMap在平時(shí)我們的應(yīng)用非常多，最重要的是我們要對(duì)每句代碼中每塊數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)變化心中有數(shù)。

感謝各位的閱讀，以上就是“Java中的HashMap有什么用”的內(nèi)容了，經(jīng)過本文的學(xué)習(xí)后，相信大家對(duì)Java中的HashMap有什么用這一問題有了更深刻的體會(huì)，具體使用情況還需要大家實(shí)踐驗(yàn)證。這里是億速云，小編將為大家推送更多相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的文章，歡迎關(guān)注！