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)
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