HashMap之KeySet分析

本篇涵盖

1、HashMap并不是用keySet来存储key的原因及证明

2、keySet方法返回后的remove、add操作原理

一、方法作用

概括一下

1、keySet方法返回map中包含的键的集合视图

2、集合由map支持，改变集合会影响map，反之亦然

3、集合支持删除操作，不支持添加

二、原理分析

1、HashMap源码分析

keySet方法查看keySet是否为null

不为null则直接返回，若为null则创建后返回

接下来看构造函数中做了什么

/**
     * {@inheritDoc}
     *
     * @implSpec
     * This implementation returns a set that subclasses {@link AbstractSet}.
     * The subclass's iterator method returns a "wrapper object" over this
     * map's <tt>entrySet()</tt> iterator.  The <tt>size</tt> method
     * delegates to this map's <tt>size</tt> method and the
     * <tt>contains</tt> method delegates to this map's
     * <tt>containsKey</tt> method.
     *
     * <p>The set is created the first time this method is called,
     * and returned in response to all subsequent calls.  No synchronization
     * is performed, so there is a slight chance that multiple calls to this
     * method will not all return the same set.
     */
    public Set<K> keySet() {
        Set<K> ks = keySet;
        if (ks == null) {
            ks = new AbstractSet<K>() {
                public Iterator<K> iterator() {
                    return new Iterator<K>() {
                        private Iterator<Entry<K,V>> i = entrySet().iterator();
 
                        public boolean hasNext() {
                            return i.hasNext();
                        }
 
                        public K next() {
                            return i.next().getKey();
                        }
 
                        public void remove() {
                            i.remove();
                        }
                    };
                }
 
                public int size() {
                    return AbstractMap.this.size();
                }
 
                public boolean isEmpty() {
                    return AbstractMap.this.isEmpty();
                }
 
                public void clear() {
                    AbstractMap.this.clear();
                }
 
                public boolean contains(Object k) {
                    return AbstractMap.this.containsKey(k);
                }
            };
            keySet = ks;
        }
        return ks;
    }

keySet构造函数

代码注释中提到，创建的对象是AbstractSet的子类

并且说明了keySet集合是在第一次调用此方法时创建的

再来看KeySet这个类

final class KeySet extends AbstractSet<K> {
        public final int size()                 { return size; }
        public final void clear()               { HashMap.this.clear(); }
        public final Iterator<K> iterator()     { return new KeyIterator(); }
        public final boolean contains(Object o) { return containsKey(o); }
        public final boolean remove(Object key) {
            return removeNode(hash(key), key, null, false, true) != null;
        }
        public final Spliterator<K> spliterator() {
            return new KeySpliterator<>(HashMap.this, 0, -1, 0, 0);
        }
        public final void forEach(Consumer<? super K> action) {
            Node<K,V>[] tab;
            if (action == null)
                throw new NullPointerException();
            if (size > 0 && (tab = table) != null) {
                int mc = modCount;
                for (int i = 0; i < tab.length; ++i) {
                    for (Node<K,V> e = tab[i]; e != null; e = e.next)
                        action.accept(e.key);
                }
                if (modCount != mc)
                    throw new ConcurrentModificationException();
            }
        }
    }

KeySet

里面包含了clear、remove、forEach等方法

需要注意，这里不存在任何能存放键的数据结构

那keySet集合是怎样拿到所有键的呢？不要着急，我们进入父类查看

2、AbstractSet分析（removeAll实现）

这是一个抽象类，还是没有任何存储结构

不过我们找到了removeAll方法

可以看到需要传入一个collection

利用迭代器遍历，通过remove方法实现删除

按照这种思想，keySet方法会不会也是利用了迭代器来获取key？

我们继续进入父类

3、AbstractCollection分析（add抛异常原因）

还是不存在任何存储结构

因为实现了collection接口，所以有迭代方法

我们还看到了add和addAll方法

使用add时直接抛出不支持异常

addAll调用add，所以还是会报异常

到这里我们知道add抛异常的出处了，是在AbstractCollection中规定的

---

4、KeyIterator迭代器分析

到此我们没有发现任何的存储结构

接下来来验证keySet方法是利用了迭代器来获取key的

使用了KeyIterator迭代器

进入父类

abstract class HashIterator {
        Node<K,V> next;        // next entry to return
        Node<K,V> current;     // current entry
        int expectedModCount;  // for fast-fail
        int index;             // current slot
 
        HashIterator() {
            expectedModCount = modCount;
            Node<K,V>[] t = table;
            current = next = null;
            index = 0;
            if (t != null && size > 0) { // advance to first entry
                do {} while (index < t.length && (next = t[index++]) == null);
            }
        }
 
        public final boolean hasNext() {
            return next != null;
        }
 
        final Node<K,V> nextNode() {
            Node<K,V>[] t;
            Node<K,V> e = next;
            if (modCount != expectedModCount)
                throw new ConcurrentModificationException();
            if (e == null)
                throw new NoSuchElementException();
            if ((next = (current = e).next) == null && (t = table) != null) {
                do {} while (index < t.length && (next = t[index++]) == null);
            }
            return e;
        }
 
        public final void remove() {
            Node<K,V> p = current;
            if (p == null)
                throw new IllegalStateException();
            if (modCount != expectedModCount)
                throw new ConcurrentModificationException();
            current = null;
            K key = p.key;
            removeNode(hash(key), key, null, false, false);
            expectedModCount = modCount;
        }
    }

HashIterator

构造方法中拿到table

循环并将index置于table的第一位（第一个有元素的位置）

将next置为下一位

再来看看获取下一个节点的方法

1、将e设为next

2、将next置为下一位元素

3、返回e

使用迭代器一直迭代的话，就应该是从数组前到后

每次获取数组当前下标链表的下一个元素

直到元素为null，代表前端链表结束

数组下标增加，继续遍历下一个链表

三、总结

keySet方法并没有存储HashMap的key，而是以迭代器的形式，遍历获取HashMap中的所有key

对于HashMap的values方法，也是类似的原理