龙都娱乐»Java WEB»Java HashMap的工作原理

Java HashMap的工作原理

来源:importnew 发布时间:2014-04-08 阅读次数:
  面试的时候经常会遇见诸如:“java中的HashMap是怎么工作的”,“HashMap的get和put内部的工作原理”这样的问题。本文将用一个简单的例子来解释下HashMap内部的工作原理。首先我们从一个例子开始,而不仅仅是从理论上,这样,有助于更好地理解,然后,我们来看下get和put到底是怎样工作的。   我们来看个非常简单的例子。有一个”国家”(Country)类,我们将要用Country对象作为key,它的首都的名字(String类型)作为value。下面的例子有助于我们理解key-value对在HashMap中是如何存储的。   1. Country.java package org.arpit.javapostsforlearning; public class Country { String name; long population; public Country(String name, long population) { super(); this.name = name; this.population = population; } public String getName() { return name; } public void setName(String name) { this.name = name; } public long getPopulation() { return population; } public void setPopulation(long population) { this.population = population; } // If length of name in country object is even then return 31(any random number) and if odd then return 95(any random number). // This is not a good practice to generate hashcode as below method but I am doing so to give better and easy understanding of hashmap. @Override public int hashCode() { if(this.name.length()%2==0) return 31; else return 95; } @Override public boolean equals(Object obj) { Country other = (Country) obj; if (name.equalsIgnoreCase((other.name))) return true; return false; } }   如果想了解更多关于Object对象的hashcode和equals方法的东西,可以参考:   java中的hashcode()和equals()方法   2. HashMapStructure.java(main class) import java.util.HashMap; import java.util.Iterator; public class HashMapStructure { /** * @author Arpit Mandliya */ public static void main(String[] args) { Country india=new Country("India",1000); Country japan=new Country("Japan",10000); Country france=new Country("France",2000); Country russia=new Country("Russia",20000); HashMap<country,string> countryCapitalMap=new HashMap<country,string>(); countryCapitalMap.put(india,"Delhi"); countryCapitalMap.put(japan,"Tokyo"); countryCapitalMap.put(france,"Paris"); countryCapitalMap.put(russia,"Moscow"); Iterator<country> countryCapitalIter=countryCapitalMap.keySet().iterator();//put debug point at this line while(countryCapitalIter.hasNext()) { Country countryObj=countryCapitalIter.next(); String capital=countryCapitalMap.get(countryObj); System.out.println(countryObj.getName()+"----"+capital); } } }   现在,在第23行设置一个断点,在项目上右击->调试运行(debug as)->java应用(java application)。程序会停在23行,然后在countryCapitalMap上右击,选择“查看”(watch)。将会看到如下的结构:
  从上图可以观察到以下几点:
  • 有一个叫做table大小是16的Entry数组。
  • 这个table数组存储了Entry类的对象。HashMap类有一个叫做Entry的内部类。这个Entry类包含了key-value作为实例变量。我们来看下Entry类的结构。Entry类的结构:
  • static class Entry implements Map.Entry { final K key; V value; Entry next; final int hash; ...//More code goes here } `
  • 每当往hashmap里面存放key-value对的时候,都会为它们实例化一个Entry对象,这个Entry对象就会存储在前面提到的Entry数组table中。现在你一定很想知道,上面创建的Entry对象将会存放在具体哪个位置(在table中的精确位置)。答案就是,根据key的hashcode()方法计算出来的hash值(来决定)。hash值用来计算key在Entry数组的索引。
  • 现在,如果你看下上图中数组的索引10,它有一个叫做HashMap$Entry的Entry对象。
  • 我们往hashmap放了4个key-value对,但是看上去好像只有2个元素!!!这是因为,如果两个元素有相同的hashcode,它们会被放在同一个索引上。问题出现了,该怎么放呢?原来它是以链表(LinkedList)的形式来存储的(逻辑上)。
  • 上面的country对象的key-value的hash值是如何计算出来的。 ` <code>Japan的Hash值是95,它的长度是奇数。 India的Hash值是95,它的长度是奇数。 Russia的Hash值是31,它的长度是偶数。 France,它的长度是偶数。 </code> `   下图会清晰的从概念上解释下链表。
      所以,现在假如你已经很好地了解了hashmap的结构,让我们看下put和get方法。   Put :   让我们看下put方法的实现: /** * Associates the specified value with the specified key in this map. If the * map previously contained a mapping for the key, the old value is * replaced. * * @param key * key with which the specified value is to be associated * @param value * value to be associated with the specified key * @return the previous value associated with <tt>key</tt>, or <tt>null</tt> * if there was no mapping for <tt>key</tt>. (A <tt>null</tt> return * can also indicate that the map previously associated * <tt>null</tt> with <tt>key</tt>.) */ 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; }   现在我们一步一步来看下上面的代码。
  • 对key做null检查。如果key是null,会被存储到table[0],因为null的hash值总是0。
  • key的hashcode()方法会被调用,然后计算hash值。hash值用来找到存储Entry对象的数组的索引。有时候hash函数可能写的很不好,所以JDK的设计者添加了另一个叫做hash()的方法,它接收刚才计算的hash值作为参数。如果你想了解更多关于hash()函数的东西,可以参考:hashmap中的hash和indexFor方法
  • indexFor(hash,table.length)用来计算在table数组中存储Entry对象的精确的索引。
  • 在我们的例子中已经看到,如果两个key有相同的hash值(也叫冲突),他们会以链表的形式来存储。所以,这里我们就迭代链表。
    1. 如果在刚才计算出来的索引位置没有元素,直接把Entry对象放在那个索引上。
    2. 如果索引上有元素,然后会进行迭代,一直到Entry->next是null。当前的Entry对象变成链表的下一个节点。
    3. 如果我们再次放入同样的key会怎样呢?逻辑上,它应该替换老的value。事实上,它确实是这么做的。在迭代的过程中,会调用equals()方法来检查key的相等性(key.equals(k)),如果这个方法返回true,它就会用当前Entry的value来替换之前的value。
      Get:   现在我们来看下get方法的实现: /** * Returns the value to which the specified key is mapped, or {@code null} * if this map contains no mapping for the key. * * <p> * More formally, if this map contains a mapping from a key {@code k} to a * value {@code v} such that {@code (key==null ? k==null : * key.equals(k))}, then this method returns {@code v}; otherwise it returns * {@code null}. (There can be at most one such mapping.) * * </p><p> * A return value of {@code null} does not <i>necessarily</i> indicate that * the map contains no mapping for the key; it's also possible that the map * explicitly maps the key to {@code null}. The {@link #containsKey * containsKey} operation may be used to distinguish these two cases. * * @see #put(Object, Object) */ 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; }   当你理解了hashmap的put的工作原理,理解get的工作原理就非常简单了。当你传递一个key从hashmap总获取value的时候:
  • 对key进行null检查。如果key是null,table[0]这个位置的元素将被返回。
  • key的hashcode()方法被调用,然后计算hash值。
  • indexFor(hash,table.length)用来计算要获取的Entry对象在table数组中的精确的位置,使用刚才计算的hash值。
  • 在获取了table数组的索引之后,会迭代链表,调用equals()方法检查key的相等性,如果equals()方法返回true,get方法返回Entry对象的value,否则,返回null。
  •   要牢记以下关键点:
    1. HashMap有一个叫做Entry的内部类,它用来存储key-value对。
    2. 上面的Entry对象是存储在一个叫做table的Entry数组中。
    3. table的索引在逻辑上叫做“桶”(bucket),它存储了链表的第一个元素。
    4. key的hashcode()方法用来找到Entry对象所在的桶。
    5. 如果两个key有相同的hash值,他们会被放在table数组的同一个桶里面。
    6. key的equals()方法用来确保key的唯一性。
    7. value对象的equals()和hashcode()方法根本一点用也没有。
      原文链接: javacodegeeks 翻译: ImportNew - miracle1919
    QQ群:WEB龙都娱乐官方群(515171538),验证消息:10000
    微信群:加小编微信 849023636 邀请您加入,验证消息:10000
    提示:更多精彩内容关注微信公众号:全栈龙都娱乐中心(fsder-com)
    网友评论(共0条评论) 正在载入评论......
    理智评论文明上网,拒绝恶意谩骂 发表评论 / 共0条评论
    登录会员中心
    龙都娱乐