1.HashMap 是一个最常用的Map,它根据键的HashCode值存储数据,根据键可以直接获取它的值,具有很快的访问速度,遍历时,取得数据的顺序是完全随机的。 HashMap最多只允许一条记录的键为Null;允许多条记录的值为 Null;HashMap不支持线程的同步,即任一时刻可以有多个线程同时写HashMap;可能会导致数据的不一致。如果需要同步,可以用 Collections的synchronizedMap方法使HashMap具有同步的能力,或者使用ConcurrentHashMap。(除了非同步和允许使用 null 之外,HashMap 类与 Hashtable 大致相同。),HashMap的key比较与set接口是一样的!
1. HashMap的数据结构 数据结构中有数组和链表来实现对数据的存储,但这两者基本上是两个极端。 数组 数组存储区间是连续的,占用内存严重,故空间复杂的很大。但数组的二分查找时间复杂度小,为O(1);数组的特点是:寻址容易,插入和删除困难; 链表 链表存储区间离散,占用内存比较宽松,故空间复杂度很小,但时间复杂度很大,达O(N)。链表的特点是:寻址困难,插入和删除容易。 哈希表 那么我们能不能综合两者的特性,做出一种寻址容易,插入删除也容易的数据结构?答案是肯定的,这就是我们要提起的哈希表。哈希表((Hash table)既满足了数据的查找方便,同时不占用太多的内容空间,使用也十分方便。 哈希表有多种不同的实现方法,我接下来解释的是最常用的一种方法—— 拉链法,我们可以理解为“链表的数组” ,如上图: 从上图我们可以发现哈希表是由数组+链表组成的,一个长度为16的数组中,每个元素存储的是一个链表的头结点。那么这些元素是按照什么样的规则存储到数组中呢。一般情况是通过hash(key)%len获得,也就是元素的key的哈希值对数组长度取模得到。比如上述哈希表中,12%16=12,28%16=12,108%16=12,140%16=12。所以12、28、108以及140都存储在数组下标为12的位置。 HashMap其实也是一个线性的数组实现的,所以可以理解为其存储数据的容器就是一个线性数组。这可能让我们很不解,一个线性的数组怎么实现按键值对来存取数据呢?这里HashMap有做一些处理。 首先HashMap里面实现一个静态内部类Entry,其重要的属性有 key , value, next,从属性key,value我们就能很明显的看出来Entry就是HashMap键值对实现的一个基础bean,我们上面说到HashMap的基础就是一个线性数组,这个数组就是Entry[],Map里面的内容都保存在Entry[]里面。 /** * The table, resized as necessary. Length MUST Always be a power of two. */ transient Entry[] table; 2. HashMap的存取实现 既然是线性数组,为什么能随机存取?这里HashMap用了一个小算法,大致是这样实现: // 存储时: int hash = key.hashCode(); // 这个hashCode方法这里不详述,只要理解每个key的hash是一个固定的int值 int index = hash % Entry[].length; Entry[index] = value; // 取值时: int hash = key.hashCode(); int index = hash % Entry[].length; return Entry[index]; 1)put 疑问:如果两个key通过hash%Entry[].length得到的index相同,会不会有覆盖的危险? 这里HashMap里面用到链式数据结构的一个概念。上面我们提到过Entry类里面有一个next属性,作用是指向下一个Entry。打个比方, 第一个键值对A进来,通过计算其key的hash得到的index=0,记做:Entry[0] = A。一会后又进来一个键值对B,通过计算其index也等于0,现在怎么办?HashMap会这样做:B.next = A,Entry[0] = B,如果又进来C,index也等于0,那么C.next = B,Entry[0] = C;这样我们发现index=0的地方其实存取了A,B,C三个键值对,他们通过next这个属性链接在一起。所以疑问不用担心。也就是说数组中存储的是最后插入的元素。到这里为止,HashMap的大致实现,我们应该已经清楚了。 public V put(K key, V value) { if (key == null) return putForNullKey(value); //null总是放在数组的第一个链表中 int hash = hash(key.hashCode()); int i = indexFor(hash, table.length); //遍历链表 for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) { Object k; //如果key在链表中已存在,则替换为新value 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; } 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); //参数e, 是Entry.next //如果size超过threshold,则扩充table大小。再散列 if (size++ >= threshold) resize(2 * table.length); } 当然HashMap里面也包含一些优化方面的实现,这里也说一下。比如:Entry[]的长度一定后,随着map里面数据的越来越长,这样同一个index的链就会很长,会不会影响性能?HashMap里面设置一个因子,随着map的size越来越大,Entry[]会以一定的规则加长长度。 2)get public V get(Object key) { if (key == null) return getForNullKey(); int hash = hash(key.hashCode()); //先定位到数组元素,再遍历该元素处的链表 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; } 3)null key的存取 null key总是存放在Entry[]数组的第一个元素。 private V putForNullKey(V value) { for (Entry<K,V> e = table[0]; e != null; e = e.next) { if (e.key == null) { V oldValue = e.value; e.value = value; e.recordAccess(this); return oldValue; } } modCount++; addEntry(0, null, value, 0); return null; } private V getForNullKey() { for (Entry<K,V> e = table[0]; e != null; e = e.next) { if (e.key == null) return e.value; } return null; } 4)确定数组index:hashcode % table.length取模 HashMap存取时,都需要计算当前key应该对应Entry[]数组哪个元素,即计算数组下标;算法如下: /** * Returns index for hash code h. */ static int indexFor(int h, int length) { return h & (length-1); } 按位取并,作用上相当于取模mod或者取余%。 这意味着数组下标相同,并不表示hashCode相同。 5)table初始大小 public HashMap(int initialCapacity, float 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(); } 注意table初始大小并不是构造函数中的initialCapacity!! 而是 >= initialCapacity的2的n次幂!!!!
2.Hashtable与 HashMap类似,它继承自Dictionary类,不同的是:它不允许记录的键或者值为空;它支持线程的同步,即任一时刻只有一个线程能写Hashtable,因此也导致了 Hashtable在写入时会比较慢。
demo1:多线程访问HashMap情况下:
package map; import java.util.HashMap; import java.util.Iterator; import java.util.Map; import java.util.Map.Entry; import java.util.concurrent.CountDownLatch; public class ThreadAccessHashMapAndHashTable extends Thread{ private Map map; private CountDownLatch countDownLatch; private String threadName; public ThreadAccessHashMapAndHashTable(Map map , CountDownLatch countDownLatch , String threadName){ this.map = map; this.countDownLatch = countDownLatch; this.threadName = threadName; } public void run(){ for (int i = 0; i < 300; i++) { map.put("key" + threadName + i, i);//保证key唯一 } countDownLatch.countDown(); } /** * @param args */ public static void main(String[] args) { CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(20); Map map1 = new HashMap(); for (int i = 0; i < 30; i++) { new Thread(new ThreadAccessHashMapAndHashTable(map1 , countDownLatch , "线程" + i + ":")).start(); } try { countDownLatch.await();//,任何调用这个对象上的await()方法都会阻塞,直到这个计数器的计数值被其他的线程减为0为止。 } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } Iterator<Map.Entry<Object, Object>> entry = map1.entrySet().iterator(); System.out.println(map1.size()); while(entry.hasNext()){ Entry e = entry.next(); System.out.println(e.getKey()); System.out.println(e.getValue()); } } }出现情况:程序陷入死循环,根本停不下来。当我把CountDownLatch改为1,线程数也改为1的时候(danxiangcheng ),正常输出,且size是300.(证明HashMap在多线程情况之下的确有问题。)