HashMap是Map族中最为常用的一种,也是Java Collection Framework的重要成员。HashMap和双向链表合二为一即是LinkedHashMap。所谓LinkedHashMap,其落脚点在HashMap,因此更准确地说,它是一个将所有Node节点链入一个双向链表的HashMap。

1、HashMap概述

Map是 Key-Value键值对映射的抽象接口,该映射不包括重复的键,即一个键对应一个值。HashMap是Java Collection Framework的重要成员,也是Map族(如下图所示)中我们最为常用的一种。

在HashMap中,其会根据hash算法来计算key-value的存储位置并进行快速存取。特别地,HashMap最多只允许一条Node的key为Null,但允许多条Node的value为Null。此外,HashMap是Map 的一个非同步的实现。

HashMap(int initialCapacity, float loadFactor)构造函数意在构造一个指定初始容量和指定负载因子的空HashMap,

public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {
    if (initialCapacity < 0)
        throw new IllegalArgumentException("Illegal initial capacity: " +
                                           initialCapacity);
    //容量最大为2的30次方
    if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY)
        initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY;
    if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor))
        throw new IllegalArgumentException("Illegal load factor: " +
                                           loadFactor);
    this.loadFactor = loadFactor;
    //这里调用函数计算触发扩容的阈值,threshold/loadFactor就是容量
    this.threshold = tableSizeFor(initialCapacity);
}

1.3、HashMap的快速存取

在HashMap中,我们最常用的两个操作就是:put(Key,Value)和get(Key)。我们都知道,HashMap中的Key是唯一的,那它是如何保证唯一性的呢?

我们首先想到的是用equals比较,没错,这样是可以实现的,但随着元素的增多,put和get的效率将越来越低,这里的时间复杂度是O(n)。也就是说,假如HashMap有1000个元素,那么put时就需要比较1000次,这是相当耗时的,远达不到HashMap快速存取的目的。

实际上,HashMap很少会用到equals方法,因为其内通过一个哈希表管理所有元素,利用哈希算法可以快速的存取元素。当我们调用put方法存值时,HashMap首先会调用Key的hashCode方法,然后基于此值获取Key的哈希码,通过哈希码快速找到某个位置,这个位置可以被称之为 bucketIndex。

根据equals方法与hashCode的协定可以知道,如果两个对象的hashCode不同,那么equals一定为 false;如果其hashCode相同,equals也不一定为true。所以,理论上,hashCode 可能存在碰撞的情况,当碰撞发生时,这时会取出bucketIndex桶内已存储的元素(如果该桶next引用不空,即有了链表也要遍历链表),并通过hashCode()和equals()来逐个比较以判断Key是否已存在。

如果已存在,则使用新Value值替换旧Value值,并返回旧Value值;如果不存在,则存放新的键值对<Key, Value>到链表中。因此,在HashMap中,equals()方法只有在哈希码碰撞时才会被用到。

HashMap的put操作:

public V put(K key, V value) {
    return putVal(hash(key), key, value, false, true);
}

final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,
               boolean evict) {
    Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, i;
    //第一次put元素时,table数组为空,先调用resize生成一个指定容量的数组
    if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
        n = (tab = resize()).length;
    //hash值和n-1的与运算结果为桶的位置,如果该位置空就直接放置一个Node
    if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
        tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
    //如果计算出的bucket不空,即发生哈希冲突,就要进一步判断
    else {
        Node<K,V> e; K k;
        //判断当前Node的key与要put的key是否相等
        if (p.hash == hash &&
            ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
            e = p;
        //判断当前Node是否是红黑树的节点
        else if (p instanceof TreeNode)
            e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
        //以上都不是,说明要new一个Node,加入到链表中
        else {
            for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
             //在链表尾部插入新节点,注意jdk1.8是在链表尾部插入新节点
                if ((e = p.next) == null) {
                    p.next = newNode(hash, key, value, null);
                    // 如果当前链表中的元素大于树化的阈值,进行链表转树的操作
                    if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st
                        treeifyBin(tab, hash);
                    break;
                }
                //在链表中继续判断是否已经存在完全相同的key
                if (e.hash == hash &&
                    ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                    break;
                p = e;
            }
        }
        //走到这里,说明本次put是更新一个已存在的键值对的value
        if (e != null) { // existing mapping for key
            V oldValue = e.value;
            if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
                e.value = value;
            //在hashMap中,afterNodeAccess方法体为空,交给子类去实现
            afterNodeAccess(e);
            return oldValue;
        }
    }
    ++modCount;
    //如果当前size超过临界值,就扩容。注意是先插入节点再扩容
    if (++size > threshold)
        resize();
    //在hashMap中,afterNodeInsertion方法体为空,交给子类去实现
    afterNodeInsertion(evict);
    return null;
}

1.7 HashMap的线程不安全

于LinkedHashMap是HashMap的子类,所以LinkedHashMap自然会拥有HashMap的所有特性。比如,LinkedHashMap也最多只允许一条Entry的键为Null(多条会覆盖),但允许多条Entry的值为Null。

此外,LinkedHashMap 也是 Map 的一个非同步的实现。此外,LinkedHashMap还可以用来实现LRU (Least recently used, 最近最少使用)算法。

LinkedHashMap定义及构造函数

public class LinkedHashMap<K,V>
    extends HashMap<K,V>
    implements Map<K,V>
{
 /**
  * HashMap.Node subclass for normal LinkedHashMap entries.
  */
 static class Entry<K,V> extends HashMap.Node<K,V> {
  //再加两个引用,分别指向前一个插入的Entry与后一个插入的Entry
     Entry<K,V> before, after;
     Entry(int hash, K key, V value, Node<K,V> next) {
         super(hash, key, value, next);
     }
 }
 
 /**
  * The head (eldest) of the doubly linked list.
  * 头节点引用
  */
 transient LinkedHashMap.Entry<K,V> head;
 
 /**
  * The tail (youngest) of the doubly linked list.
  * 尾节点引用
  */
 transient LinkedHashMap.Entry<K,V> tail;
 
 /**
  * The iteration ordering method for this linked hash map: <tt>true</tt>
  * for access-order, <tt>false</tt> for insertion-order.
  * true表示按照访问顺序迭代,false时表示按照插入顺序 
  * @serial
  */
 final boolean accessOrder;

 ... 
}

LinkedHashMap采用的hash算法和HashMap相同,但是它重新定义了Entry。LinkedHashMap中的Entry继承了HashMap.Node,但增加了两个指针before 和 after,它们分别用于维护双向链接列表。特别需要注意的是,next用于维护HashMap各个Node的连接顺序,before、after用于维护Entry插入的先后顺序。

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