HashMap之HashSet和TreeSet

Map

键值对：键值(key)作为索引(不能重复)，查询键对应的对象“值”(value,可以重复)

即：一个键对应一个对象，多个键可以对应同一个对象；理解上可以理解为数学中的映射

数学中最简单的例子：|-x|

深入理解：key是用Set来存放的，不可重复；value是用Collection来存放的，可重复---链接--点击打开链接

要求映射中的key是不可变对象；不可变对象是该对象在创建后它的哈希值不会被改变，如果对象的哈希值发生变化，Map对象很可能就定位不到映射的位置了。

键对象和值对象一般理解：只要向集合中添加元素，必须提供一对键对象和值对象，值对象可以是Map类型，形成多级映射

首先是了解HashMap的几个核心成员变量（以下均为jdk源码加以注释）

实例1  核心成员变量

transient Node[] table;　　　              
//说明1--HashMap的哈希桶数组，非常重要的存储结构，用于存放表示键值对数据的Node元素。

transient Set> entrySet;  
//说明2--HashMap将数据转换成Set的另一种存储形式，这个变量主要用于迭代功能。

transient int size;　　　　　　　　　　　
//说明3--HashMap中实际存在的Node数量，注意这个数量不等于table的长度，甚至可能大于它，
//因为在table的每个节点上是一个链表（或RBT）结构，可能不止有一个Node元素存在。

transient int modCount;　　　　　　　　　
//说明4--HashMap的数据被修改的次数，这个变量用于迭代过程中的Fail-Fast机制，
//其存在的意义在于保证发生了线程安全问题时，能及时的发现（操作前备份的count和当前modCount不相等）并抛出异常终止操作。

int threshold;　　　　　　　　　　　　　
//说明5--HashMap的扩容阈值，在HashMap中存储的Node键值对超过这个数量时，自动扩容容量为原来的二倍。

final float loadFactor;　　　　　　　　 
//说明6--HashMap的负载因子，可计算出当前table长度下的扩容阈值：threshold = loadFactor * table.length。 

显然，HashMap的底层实现是基于一个Node的数组，那么Node是什么呢？

在HashMap的内部可以看见定义了这样一个内部类

实例2  Node源码

我们大体看一下这个内部类就可以知道，它实现了Map.Entry接口。其内部的变量含义也很明确，hash值、key\value键值对和实现链表和红黑树所需要的指针索引。

既然知道了HashMap的基本结构，那么这些变量的默认值都是多少呢？我们再看一下HashMap定义的一些常量

实例3 HashMap定义的常量

      //说明1---默认的初始容量为16，必须是2的幂次
       static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; 

       //说明2---最大容量即2的30次方
       static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;

       //说明3---默认加载因子
       static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;

       //说明4---当put一个元素时，其链表长度达到8时将链表转换为红黑树
       static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8;

       //说明5---链表长度小于6时，解散红黑树
       static final int UNTREEIFY_THRESHOLD = 6;

       //说明6---默认的最小的扩容量64，为避免重新扩容冲突，至少为4 * TREEIFY_THRESHOLD=32，即默认初始容量的2倍
       static final int MIN_TREEIFY_CAPACITY = 64;

注意：  在HashMap内部定义的几个变量，包括桶数组本身都是transient修饰的，这代表了他们无法被序列化，而HashMap本身是实现了Serializable接口的。这很容易产生疑惑：HashMap是如何序列化的呢？查了一下源码发现，HashMap内有两个用于序列化的函数 readObject(ObjectInputStream s) 和 writeObject（ObjectOutputStreams），通过这个函数将table序列化。
实例4  put源码

对hash方法说明--源码

源码说明：key.hashCode()计算出key的哈希值，然后将哈希值h右移16位，再与原来的h做异或^运算——这一步是高位运算。

HashCode：散列值，其意义在于类似于进行hashMap等操作时，加快对象比较的速度，进而加快对象搜索的速度。

补充：原来的疑问？比较equals()方法就行了，为什么还要比较hashCode()方法？不是多此一举吗？

hashCode()疑问解答链接--点击打开链接，点击打开链接，点击打开链接，点击打开链接

hashCode()碰撞链接---点击打开链接

高位运算设计思路：设想一下，如果没有高位运算，那么hash值将是一个int型的32位数；而从2的-31次幂到2的31次幂之间，有将近几十亿的空间，如果我们的HashMap的table有这么长，内存早就爆了。所以这个散列值不能直接用来最终的取模运算，而需要先加入高位运算，将高16位和低16位的信息"融合"到一起，也称为"扰动函数"。这样才能保证hash值所有位的数值特征都保存下来而没有遗漏，从而使映射结果尽可能的松散。最后再根据 n-1 与hash值做与操作的取模运算。这里也能看出为什么HashMap要限制table的长度为2的n次幂，因为这样，n-1可以保证二进制展示形式是（以16为例）0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1111。在做"与"操作时，就等同于截取hash二进制值得后四位数据作为下标。这里也可以看出"扰动函数"的重要性了，如果高位不参与运算，那么高16位的hash特征几乎永远得不到展现，发生hash碰撞的几率就会增大，从而影响性能。

问题1  为什么能保证HashSet集合元素唯一？

当创建一个HashSet集合的对象时，会先调用其构造方法(蓝框标记)看源码1

即：

源码说明：可以看到实际上是创建了一个HashMap类对象，map是HashMap类对象的实例

此时add()添加元素，看对应的源码2

源码说明：其实是调用了HashMap类的map对象的put方法

看HashMap的put()方法的源码3

源码说明：调用了HashMap中的hash()方法和putVal()方法

看hash方法的 源码4---上面已经提到过

源码说明：携带hashSet集合元素key，调用对象(传入参数类型)的hashCode()方法，进行位运算；涉及到Object类 hashCode()方法重写

putVal方法的源码5--上面已近提到过

接源码1--既然创建了HashMap对象，必然要调用相应的构造方法

进入HashMap的构造方法---源码6

链接：点击打开链接