HashMap(2): EntrySet、KeySet实现原理

一.概述

HashMap里面保存的数据最底层是一个Entry型的数组，这个Entry则保留了一个键值对，还有一个指向下一个Entry的指针。所以HashMap是一种结合了数组和链表的结构。因此，我们有3种对数据的观测方式：keySet，values，entrySet。

keySet是从key的值角度出发的结果。它里面包含了这个键值对表里面的所有键的值的集合，因为HashMap明确规定一个键只能对应一个值，所以不会有重复的key存在，这也就是为什么可以用集合来装key。

values则是从键值对的值的角度看这个映射表，因为可以有多个key对应一个值，所以可能有多个相同的values。

entrySet是从键值对的角度思考这个问题，它返回一个键值对的集合。（键值对相等当且仅当键和值都相等）。

二.原理

1.keySet.iterator()

HashMap中的keySet源码：

    public Set keySet() {
        Set ks = keySet;
        return (ks != null ? ks : (keySet = new KeySet()));
    }

   private final class KeySet extends AbstractSet {
      public Iterator iterator() {
          return newKeyIterator();
      }
      public int size() {
          return size;
      }
      public boolean contains(Object o) {
          return containsKey(o);
      }
      public boolean remove(Object o) {
          return HashMap.this.removeEntryForKey(o) != null;
      }
      public void clear() {
          HashMap.this.clear();
      }
  }

由以上源码可知，当调用hashmap.keySet()方法时，若keySet为空，则返回一个新建的内部类KeySet(); 但是我们发现它有个iterator()方法，我们在敲代码中经常使用这个迭代器迭代取出HashMap对象中的key和value，再深入看：

Iterator newKeyIterator() {
    return new KeyIterator();
}

HashMap内部类KeyIterator :

private final class KeyIterator extends HashIterator {
    public Object next() {
        return nextEntry().getKey();
    }   
    final HashMap this$0;  
    private KeyIterator() {
        this$0 = HashMap.this;
        super();
    }
}

HashIterator :

private abstract class HashIterator implements Iterator {

    public final boolean hasNext() {
        return next != null;
    }

    final HashMap.Entry nextEntry() {
        if (modCount != expectedModCount)
            throw new ConcurrentModificationException();
        HashMap.Entry entry = next;
        if (entry == null)
            throw new NoSuchElementException();
        if ((next = entry.next) == null) {
            for (HashMap.Entry aentry[] = table; index < aentry.length
                    && (next = aentry[index++]) == null;)
                ;
        }
        current = entry;
        return entry;
    }

    public void remove() {
        if (current == null)
            throw new IllegalStateException();
        if (modCount != expectedModCount) {
            throw new ConcurrentModificationException();
        } else {
            Object obj = current.key;
            current = null;
            removeEntryForKey(obj);
            expectedModCount = modCount;
            return;
        }
    }

    HashMap.Entry next;
    int expectedModCount;
    int index;
    HashMap.Entry current;
    final HashMap this$0;

    HashIterator() {
        this$0 = HashMap.this;
        super();
        expectedModCount = modCount;
        if (size > 0) {
            for (HashMap.Entry aentry[] = table; index < aentry.length
                    && (next = aentry[index++]) == null;)
                ;
        }
    }
}

由此可以Iterator是继承了这个HashIterator 这个内部类，而HashIterator 又访问了外部HashmMap的一些属性得以访问到整个对象的table数组的所有Entry的。

2.输出hashmap.keySet();

写个测试的案例：

@Test
public void testPrint(){
    Map<String, Object> map = new HashMap<String, Object>();
    map.put("now", "u");
    map.put("see", "me");
    System.out.println(map.keySet());
}

输出结果为：

[see, now]

当我们调用map.keySet时候，为什么会打印出keySet的这个结果呢？原理是什么？仿照HashMap写一个自定义的Iterator

package MyMap.Demo1;

import java.util.AbstractSet;
import java.util.ArrayList;
import java.util.Iterator;
import java.util.Set;

public class MyTestIterator {
    public static void main(String[] args) {
    TestIterator t = new TestIterator();
        Set set = t.keySet();
        System.out.println(set);
    }   

}


class TestIterator {
    public Set keySet() {

        final ArrayList result = new ArrayList();
        result.add(1);
        result.add(2);
        result.add(3);

        Set keySet = new AbstractSet() {

            public Iterator iterator() {
                return new Iterator() {
                    private Iterator i = result.iterator();

                    @Override
                    public boolean hasNext() {
                        System.out.println("===========hasNext");
                        return i.hasNext();
                    }

                    @Override
                    public Integer next() {
                        System.out.println("===========next");
                        return i.next();
                    }

                    @Override
                    public void remove() {
                        System.out.println("===========remove");
                        i.remove();
                    }
                };
            }

            @Override
            public int size() {
                return 0;
            }
        };
        return keySet;
    }
}

打印结果为：

===========hasNext
===========hasNext
===========next
===========hasNext
===========next
===========hasNext
===========next
===========hasNext
[1, 2, 3]

是在哪里调用了keySet的iterator方法呢？在所有的输出语句打个断点，原来当我们使用
System.out.println( t.keySet()); 输出Set对象时，由于AbstractSet类继承了AbstractCollection类，而AbstractCollection又重写了Object类的toString()方法，因此在输出时调用了AbstractCollection.java类中的toString方法，重写的toString()方法又调用了iterator，从而迭代取出结果拼接成字符串。

public String toString() {
       Iterator it = iterator();
       if (! it.hasNext())
           return "[]";

       StringBuilder sb = new StringBuilder();
       sb.append('[');
       for (;;) {
           E e = it.next();
           sb.append(e == this ? "(this Collection)" : e);
           if (! it.hasNext())
               return sb.append(']').toString();
           sb.append(',').append(' ');
       }
   }