码迷,mamicode.com
首页 > 编程语言 > 详细

java集合框架(1) hashMap 简单使用以及深度分析(转)

时间:2016-02-06 14:18:37      阅读:253      评论:0      收藏:0      [点我收藏+]

标签:

java.util 
类 HashMap<K,V>
java.lang.Object
  java.util.AbstractMap<K,V>
      java.util.HashMap<K,V>
类型参数:
K - 此映射所维护的键的类型
V - 所映射值的类型
所有已实现的接口: 
Serializable, Cloneable, Map<K,V> 
直接已知子类: 
LinkedHashMap, PrinterStateReasons 

--------------------------------------------------------------------------------

public class HashMap<K,V>extends AbstractMap<K,V>implements Map<K,V>, Cloneable, Serializable基于哈希表的 Map 接口的实现。

特点:
(1)此实现提供所有可选的映射操作,并允许使用 null 值和 null 键。
(除了非同步和允许使用 null 之外,HashMap 类与 Hashtable 大致相同。)
(2)此类不保证映射的顺序,特别是它不保证该顺序恒久不变。 
(3)此实现假定哈希函数将元素适当地分布在各桶之间,可为基本操作(get 和 put)提供稳定的性能。





迭代 collection 视图所需的时间与 HashMap 实例的“容量”(桶的数量)及其大小(键-值映射关系数)成比例。

所以,如果迭代性能很重要,则不要将初始容量设置得太高(或将加载因子设置得太低)。 

HashMap 的实例有两个参数影响其性能:初始容量 和加载因子。
(1)容量 是哈希表中桶的数量,初始容量只是哈希表在创建时的容量。
(2)加载因子 是哈希表在其容量自动增加之前可以达到多满的一种尺度。

      当哈希表中的条目数超出了加载因子与当前容量的乘积时,则要对该哈希表进行 rehash 操作(即重建内部数据结构),从而哈希表将具有大约两倍的桶数。 

通常,默认加载因子 (.75) 在时间和空间成本上寻求一种折衷。
      加载因子过高虽然减少了空间开销,但同时也增加了查询成本(在大多数 HashMap 类的操作中,包括 get 和 put 操作,都反映了这一点)。
      在设置初始容量时应该考虑到映射中所需的条目数及其加载因子,以便最大限度地减少 rehash 操作次数。


      如果初始容量大于最大条目数除以加载因子,则不会发生 rehash 操作。 


      如果很多映射关系要存储在 HashMap 实例中,则相对于按需执行自动的 rehash 操作以增大表的容量来说,使用足够大的初始容量创建它将使得映射关系能更有效地存储。 

          注意,此实现不是同步的。如果多个线程同时访问一个哈希映射,而其中至少一个线程从结构上修改了该映射,则它必须 保持外部同步。
(结构上的修改是指添加或删除一个或多个映射关系的任何操作;仅改变与实例已经包含的键关联的值不是结构上的修改。)
这一般通过对自然封装该映射的对象进行同步操作来完成。



         如果不存在这样的对象,则应该使用 Collections.synchronizedMap 方法来“包装”该映射。
最好在创建时完成这一操作,以防止对映射进行意外的非同步访问,如下所示:

   Map m = Collections.synchronizedMap(new HashMap(...));
   
        由所有此类的“collection 视图方法”所返回的迭代器都是快速失败 的:
在迭代器创建之后,如果从结构上对映射进行修改,除非通过迭代器本身的 remove 方法,
其他任何时间任何方式的修改,迭代器都将抛出 ConcurrentModificationException。


因此,面对并发的修改,迭代器很快就会完全失败,而不冒在将来不确定的时间发生任意不确定行为的风险。 

     注意,迭代器的快速失败行为不能得到保证,一般来说,存在非同步的并发修改时,不可能作出任何坚决的保证。
快速失败迭代器尽最大努力抛出 ConcurrentModificationException。

因此,编写依赖于此异常的程序的做法是错误的,正确做法是:迭代器的快速失败行为应该仅用于检测程序错误。 

此类是 Java Collections Framework 的成员。 

(1)
containsKey
public boolean containsKey(Object key)如果此映射包含对于指定键的映射关系,则返回 true。 

指定者:
接口 Map<K,V> 中的 containsKey
覆盖:
类 AbstractMap<K,V> 中的 containsKey
参数:
key - 要测试其是否在此映射中存在的键 
返回:
如果此映射包含对于指定键的映射关系,则返回 true。

(2)
keySet
       public Set<K> keySet()返回此映射中所包含的键的 Set 视图。该 set 受映射的支持,所以对映射的更改将反映在该 set 中,反之亦然。如果在对 set 进行迭代的同时修改了映射(通过迭代器自己的 remove 操作除外),则迭代结果是不确定的。该 set 支持元素的移除,通过 Iterator.remove、Set.remove、removeAll、retainAll 和 clear 操作可从该映射中移除相应的映射关系。它不支持 add 或 addAll 操作。 




指定者:
接口 Map<K,V> 中的 keySet
覆盖:
类 AbstractMap<K,V> 中的 keySet
返回:

此映射中包含的键的 set 视图【有关   set  使用  见下文。】

 

下面借鉴一个实例演示解析:

 

public class HashMapTest {  
    public static void main(String[] args) {  
          
        HashMap<String,String> keySetMap = new HashMap<String,String>();  
        HashMap<String,String> entrySetMap=new HashMap<String,String>();  
          
        for (int i= 0;i<1000;i++) {  
            keySetMap.put(""+i, "keySet");  
        }  
        for(int i=0;i<1000;i++){  
            entrySetMap.put(""+i,"entrySet");  
        }  
          
        long startTimeOne = System.currentTimeMillis();  
        <strong><span style="color:#ff0000;">Iterator<String> keySetIterator = keySetMap.keySet().iterator();  
        while (keySetIterator.hasNext()) {  
            System.out.println(</span><span style="color:#000099;">keySetMap.get(keySetIterator.next())</span><span style="color:#ff0000;">);  
        }</span></strong>  
        System.out.println("keyset遍历时间-------------------------------:"+(System.currentTimeMillis()-startTimeOne));  
          
        long startTimeTwo=System.currentTimeMillis();  
        Iterator<Entry<String,String>> entrySetIterator=entrySetMap.entrySet().iterator();  
        while(entrySetIterator.hasNext()){  
            Entry<String,String> entry=entrySetIterator.next();  
            System.out.println(entry.getValue());  
        }  
        System.out.println("entryset遍历时间---------------------------:"+(System.currentTimeMillis()-startTimeTwo));  
    }  
}  

  


通过多次运行测试发现,entryset遍历时间比keyset遍历时间短许多,entryset方式的性能通常要比keyset方式高一倍。
 
三。原因何在?




   通过查看源代码发现,调用keySetMap.keySet()这个方法会生成keyIterator迭代器,
   其next()方法只返回其key值,然后再通过key值在keySetMap中获得其value值,代码如:keySetMap.get(keySetIterator.next())
   
   而调用entrySetMap.entrySet()方法会生成EntryIterator迭代器,其next()方法返回一个Entry对象的一个实例,其中包含key值和value值。
   如果遍历HashMap时只取其key值,那么两种方式的遍历在性能上应该是相同的。
  
   但同时取key值和value值时,keyset方式比entryset方式多遍历了一次table,此时keyset方式性能差些。

 

 

hashMap深度分析(转载)


java.util.HashMap是很常见的类,前段时间公司系统由于对HashMap使用不当,导致cpu百分之百,
在并发环境下使用HashMap 而没有做同步,可能会引起死循环,关于这一点,sun的官方网站上已有阐述,这并非是bug。


HashMap的数据结构
         HashMap主要是用数组来存储数据的,我们都知道它会对key进行哈希运算,哈系运算会有重复的哈希值,对于哈希值的冲突,HashMap采用链表来解决的。


在HashMap里有这样的一句属性声明:
transient Entry[] table;
Entry就是HashMap存储数据所用的类,它拥有的属性如下
final K key;
V value;
final int hash;
Entry<K,V> next;

   看到next了吗?next就是为了哈希冲突而存在的。比如通过哈希运算,一个新元素应该在数组的第10个位置,但是第10个位置已经有Entry,那么好吧,将新加的元素也放到第10个位置,将第10个位置的原有Entry赋值给当前新加的 Entry的next属性。数组存储的是链表,链表是为了解决哈希冲突的,这一点要注意。


几个关键的属性
存储数据的数组
transient Entry[] table; 这个上面已经讲到了
默认容量
static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 16;
最大容量
static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;
默认加载因子,加载因子是一个比例,当HashMap的数据大小>=容量*加载因子时,HashMap会将容量扩容
static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;
当实际数据大小超过threshold时,HashMap会将容量扩容,threshold=容量*加载因子
int threshold;
加载因子
final float loadFactor;


HashMap的初始过程
构造函数1:

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();  
  } 

  


重点注意这里 
while (capacity < initialCapacity)
            capacity <<= 1;




capacity才是初始容量,而不是initialCapacity,这个要特别注意,如果执行new HashMap(9,0.75);
那么HashMap的初始容量是16,而不是9,想想为什么吧。

 

 

构造函数2

public HashMap(int initialCapacity) {  
        this(initialCapacity, DEFAULT_LOAD_FACTOR);  
    }  

  

构造函数3,全部都是默认值

 

public HashMap() {  
        this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR;  
        threshold = (int)(DEFAULT_INITIAL_CAPACITY * DEFAULT_LOAD_FACTOR);  
        table = new Entry[DEFAULT_INITIAL_CAPACITY];  
        init();  
    } 

  

 


构造函数4:

public HashMap(Map<? extends K, ? extends V> m) {  
       this(Math.max((int) (m.size() / DEFAULT_LOAD_FACTOR) + 1,  
                     DEFAULT_INITIAL_CAPACITY), DEFAULT_LOAD_FACTOR);  
       putAllForCreate(m);  
   }  

  

如何哈希
        HashMap并不是直接将对象的hashcode作为哈希值的,
而是要把key的hashcode作一些运算以得到最终的哈希值,
并且得到的哈希值也不是在数组中的位置哦,无论是get还是put还是别的方法,计算哈希值都是这一句:

int hash = hash(key.hashCode());
hash函数如下:
  static int hash(int h) {
    return useNewHash ? newHash(h) : oldHash(h);
    }
useNewHash声明如下:
   private static final boolean useNewHash;
    static { useNewHash = false; }
这说明useNewHash其实一直为false且不可改变的,hash函数里对 useNewHash的判断真是多余的。

 

private static int oldHash(int h) {  
      h += ~(h << 9);  
      h ^=  (h >>> 14);  
      h +=  (h << 4);  
      h ^=  (h >>> 10);  
      return h;  
  }  
  
  private static int newHash(int h) {  
      // This function ensures that hashCodes that differ only by  
      // constant multiples at each bit position have a bounded  
      // number of collisions (approximately 8 at default load factor).  
      h ^= (h >>> 20) ^ (h >>> 12);  
      return h ^ (h >>> 7) ^ (h >>> 4);  
  }  

  

其实HashMap的哈希函数会一直都是oldHash。


如果确定数据的位置
看下面两行
      int hash = hash(k.hashCode());
      int i = indexFor(hash, table.length);
第一行,上面讲过了,是得到哈希值,
第二行,则是根据哈希指计算元素在数组中的位置了,位置的计算是将哈希值和数组长度按位与运算。
   static int indexFor(int h, int length) {
        return h & (length-1);
    }


put方法到底作了什么?

public V put(K key, V value) {  
   if (key == null)  
       return putForNullKey(value);  
       int hash = hash(key.hashCode());  
       int i = indexFor(hash, table.length);  
       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;  
   }  

  

如果key为NULL,则是单独处理的,看看putForNullKey方法:

 

private V putForNullKey(V value) {  
        int hash = hash(NULL_KEY.hashCode());  
        int i = indexFor(hash, table.length);  
  
        for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) {  
            if (e.key == NULL_KEY) {  
                V oldValue = e.value;  
                e.value = value;  
                e.recordAccess(this);  
                return oldValue;  
            }  
        }  
  
        modCount++;  
        addEntry(hash, (K) NULL_KEY, value, i);  
        return null;  
    }  

  

 


NULL_KEY的声明:static final Object NULL_KEY = new Object();
这一段代码是处理哈希冲突的,就是说,在数组某个位置的对象可能并不是唯一的,它是一个链表结构.
根据哈希值找到链表后,还要对链表遍历,找出key相等的对象,替换它,并且返回旧的值。
 for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) {
            if (e.key == NULL_KEY) {
                V oldValue = e.value;
                e.value = value;
                e.recordAccess(this);
                return oldValue;
            }
        }


如果遍历完了该位置的链表都没有找到有key相等的,那么将当前对象增加到链表里面去
  modCount++;
  addEntry(hash, (K) NULL_KEY, value, i);
  return null;
且看看addEntry方法:

 

   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);  
    }  
table[bucketIndex] = new Entry<K,V>(hash, key, value, e);  

  

新建一个Entry对象,并放在当前位置的Entry链表的头部,看看下面的 Entry构造函数就知道了,注意红色部分。
     Entry(int h, K k, V v, Entry<K,V> n) {
            value = v;
            next = n;
            key = k;
            hash = h;
        }




如何扩容?
        当put一个元素时,如果达到了容量限制,HashMap就会扩容,新的容量永远是原来的2倍。
上面的put方法里有这样的一段:
if (size++ >= threshold)
            resize(2 * table.length);
这是扩容判断,要注意,并不是数据尺寸达到HashMap的最大容量时才扩容.
而是达到 threshold指定的值时就开始扩容, threshold=最大容量*加载因子。

 

 

看看resize方法:

 

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);  
  }  

  

重点看看红色部分的 transfer方法:

 

void transfer(Entry[] newTable) {  
      Entry[] src = table;  
      int newCapacity = newTable.length;  
      for (int j = 0; j < src.length; j++) {  
          Entry<K,V> e = src[j];  
          if (e != null) {  
              src[j] = null;  
              do {  
                  Entry<K,V> next = e.next;  
                  int i = indexFor(e.hash, newCapacity);   
                  e.next = newTable[i];  
                  newTable[i] = e;  
                  e = next;  
              } while (e != null);  
          }  
      }  
  }  

  

 


tranfer方法将所有的元素重新哈希,因为新的容量变大,所以每个元素的哈希值和位置都是不一样的。

 

 

正确的使用HashMap


1:不要在并发场景中使用HashMap
           HashMap是线程不安全的,如果被多个线程共享的操作,将会引发不可预知的问题,
   据sun的说法,在扩容时,会引起链表的闭环,在get元素时,就会无限循环,后果是cpu100%。
看看get方法的红色部分

 

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;  
    }  

  

 


2:如果数据大小是固定的,那么最好给HashMap设定一个合理的容量值
         根据上面的分析,HashMap的初始默认容量是16,默认加载因子是0.75.
也就是说,如果采用HashMap的默认构造函数,
       当增加数据时,数据实际容量超过10*0.75=12时,HashMap就扩容,扩容带来一系列的运算.新建一个是原来容量2倍的数组,对原有元素全部重新哈希,如果你的数据有几千几万个,而用默认的HashMap构造函数,那结果是非常悲剧的,因为HashMap不断扩容,不断哈希,在使用HashMap的场景里,不会是多个线程共享一个HashMap,除非对HashMap包装并同步,由此产生的内存开销和cpu开销在某些情况下可能是致命的

java集合框架(1) hashMap 简单使用以及深度分析(转)

标签:

原文地址:http://www.cnblogs.com/blogabc/p/5183949.html

(0)
(0)
   
举报
评论 一句话评论(0
登录后才能评论!
© 2014 mamicode.com 版权所有  联系我们:gaon5@hotmail.com
迷上了代码!