这篇文章主要介绍了Java集合框架是什么,具有一定借鉴价值,感兴趣的朋友可以参考下,希望大家阅读完这篇文章之后大有收获,下面让小编带着大家一起了解一下。
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Java集合框架提供了一套性能优良,使用方便的接口和类,他们位于java.util
包中。容器主要包括 Collection 和 Map 两种,Collection 存储着对象的集合,而 Map 存储着键值对(两个对象)的映射表
TreeSet
基于红黑树实现,支持有序性操作,例如根据一个范围查找元素的操作。但是查找效率不如 HashSet,HashSet 查找的时间复杂度为 O(1),TreeSet 则为 O(logN)
HashSet
基于哈希表实现,支持快速查找,但不支持有序性操作。并且失去了元素的插入顺序信息,也就是说使用 Iterator 遍历 HashSet 得到的结果是不确定的。
LinkedHashSet
具有 HashSet 的查找效率,且内部使用双向链表维护元素的插入顺序。
ArrayList
基于动态数组实现,支持随机访问。
Vector
和 ArrayList 类似,但它是线程安全的。
LinkedList
基于双向链表实现,只能顺序访问,但是可以快速地在链表中间插入和删除元素。不仅如此,LinkedList 还可以用作栈、队列和双向队列。
LinkedList
可以实现双向队列。
PriorityQueue
基于堆结构实现,可以用它来实现优先队列。
TreeMap
基于红黑树实现。
HashMap
基于哈希表实现。
HashTable
和 HashMap 类似,但它是线程安全的,这意味着同一时刻多个线程可以同时写入 HashTable 并且不会导致数据不一致。它是遗留类,不应该去使用它。现在可以使用 ConcurrentHashMap
来支持线程安全,并且 ConcurrentHashMap
的效率会更高,因为 ConcurrentHashMap
引入了分段锁。
LinkedHashMap
使用双向链表来维护元素的顺序,顺序为插入顺序或者最近最少使用(LRU)顺序
Collection 接口存储一组不唯一,无序的对象
List 接口存储一组不唯一,有序的对象。
Set 接口存储一组唯一,无序的对象
Map 接口存储一组键值对象,提供key到value的映射
ArrayList实现了长度可变的数组,在内存中分配连续的空间。遍历元素和随机访问元素的效率比较高
LinkedList采用链表存储方式。插入、删除元素时效率比较高
HashSet采用哈希算法实现的Set
HashSet的底层是用HashMap实现的,因此查询效率较高,由于采用hashCode算法直接确定 元素的内存地址,增删效率高
方法 | 说明 |
---|---|
boolean add(Object o) | 在列表的末尾顺序添加元素,起始索引位置从0开始 |
void add(int index, Object o) | 在指定的索引位置添加元素,索引位置必须介于0和列表中元素个数之间 |
int size() | 返回列表中的元素个数 |
Object get(int index) | 返回指定索引位置处的元素。取出的元素是Object类型,使用前品要进行益制类型转换 |
boolean contains(Object o) | 判断列表中是否存在指定元素 |
boolean remove(Object o) | 从列表中删除元素 |
Object remove(int index) | 从列表中删除指定位置元素,起始索引位量从0开始 |
ArrayList是可以动态增长和缩减的索引序列,它是基于数组实现的List类
该类封装了一个动态再分配的Object[]数组,每一个类对象都有一个capacity[容量]属性,表示它们所封装的Object[]数组的长度,当向ArrayList中添加元素时,该属性值会自动增加。如果想ArrayList中添加大量元素,可使用ensureCapacity方法一次性增加capacity,可以减少增加重分配的次数提高性能
ArrayList的用法和Vector向类似,但是Vector是一个较老的集合,具有很多缺点,不建议使用
另外,ArrayList和Vector的区别是:ArrayList是线程不安全的,当多条线程访问同一个ArrayList集合时,程序需要手动保证该集合的同步性,而Vector则是线程安全的。
public class ArrayListextends AbstractList implements List , RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable
这里简单解释一下几个接口
RandomAccess接口
这个是一个标记性接口,通过查看api文档,它的作用就是用来快速随机存取,有关效率的问题,在实现了该接口的话,那么使用普通的for循环来遍历,性能更高,例如ArrayList。而没有实现该接口的话,使用Iterator来迭代,这样性能更高,例如linkedList。所以这个标记性只是为了 让我们知道我们用什么样的方式去获取数据性能更好。
Cloneable接口
实现了该接口,就可以使用Object.Clone()方法了。
Serializable接口
实现该序列化接口,表明该类可以被序列化。什么是序列化?简单的说,就是能够从类变成字节流传输,然后还能从字节流变成原来的类。
这里的继承结构可通过IDEA中Navigate>Type Hierarchy查看
//版本号 private static final long serialVersionUID = 8683452581122892189L; //缺省容量 private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10; //空对象数组 private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {}; //缺省空对象数组 private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {}; //存储的数组元素 transient Object[] elementData; // non-private to simplify nested class access //实际元素大小,默认为0 private int size; //最大数组容量 private static final int MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8;
/** * 构造具有指定初始容量的空列表 * 如果指定的初始容量为负,则为IllegalArgumentException */public ArrayList(int initialCapacity) { if (initialCapacity > 0) { this.elementData = new Object[initialCapacity]; } else if (initialCapacity == 0) { this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA; } else { throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+ initialCapacity); }}/** * 默认空数组的大小为10 * ArrayList中储存数据的其实就是一个数组,这个数组就是elementData */public ArrayList() { this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;}/** * 按照集合迭代器返回元素的顺序构造包含指定集合的元素的列表 */public ArrayList(Collection extends E> c) { elementData = c.toArray(); if ((size = elementData.length) != 0) { // 转换为数组 //每个集合的toarray()的实现方法不一样,所以需要判断一下,如果不是Object[].class类型,那么久需要使用ArrayList中的方法去改造一下。 if (elementData.getClass() != Object[].class) elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class); } else { // 否则就用空数组代替 this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA; }}
每当向数组中添加元素时,都要去检查添加后元素的个数是否会超出当前数组的长度,如果超出,数组将会进行扩容,以满足添加数据的需求。数组扩容通过一个公开的方法ensureCapacity(int minCapacity)
来实现。在实际添加大量元素前,我也可以使用ensureCapacity
来手动增加ArrayList实例的容量,以减少递增式再分配的数量。
数组进行扩容时,会将**老数组中的元素重新拷贝一份到新的数组中,每次数组容量的增长大约是其原容量的1.5倍。**这种操作的代价是很高的,因此在实际使用时,我们应该尽量避免数组容量的扩张。当我们可预知要保存的元素的多少时,要在构造ArrayList实例时,就指定其容量,以避免数组扩容的发生。或者根据实际需求,通过调用ensureCapacity方法来手动增加ArrayList实例的容量。
private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) { ensureExplicitCapacity(calculateCapacity(elementData, minCapacity));}private static int calculateCapacity(Object[] elementData, int minCapacity) { //判断初始化的elementData是不是空的数组,也就是没有长度 if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) { //因为如果是空的话,minCapacity=size+1;其实就是等于1,空的数组没有长度就存放不了 //所以就将minCapacity变成10,也就是默认大小,但是在这里,还没有真正的初始化这个elementData的大小 return Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity); } //确认实际的容量,上面只是将minCapacity=10,这个方法就是真正的判断elementData是否够用 return minCapacity;}private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) { modCount++; //minCapacity如果大于了实际elementData的长度,那么就说明elementData数组的长度不够用 /*第一种情况:由于elementData初始化时是空的数组,那么第一次add的时候, minCapacity=size+1;也就minCapacity=1,在上一个方法(确定内部容量ensureCapacityInternal) 就会判断出是空的数组,就会给将minCapacity=10,到这一步为止,还没有改变elementData的大小。 第二种情况:elementData不是空的数组了,那么在add的时候,minCapacity=size+1;也就是 minCapacity代表着elementData中增加之后的实际数据个数,拿着它判断elementData的length 是否够用,如果length不够用,那么肯定要扩大容量,不然增加的这个元素就会溢出。*/ if (minCapacity - elementData.length > 0) grow(minCapacity);}//ArrayList核心的方法,能扩展数组大小的真正秘密。private void grow(int minCapacity) { //将扩充前的elementData大小给oldCapacity int oldCapacity = elementData.length; //newCapacity就是1.5倍的oldCapacity int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1); /*这句话就是适应于elementData就空数组的时候,length=0,那么oldCapacity=0,newCapacity=0, 所以这个判断成立,在这里就是真正的初始化elementData的大小了,就是为10.前面的工作都是准备工作。 */ if (newCapacity - minCapacity < 0) newCapacity = minCapacity; //如果newCapacity超过了最大的容量限制,就调用hugeCapacity,也就是将能给的最大值给newCapacity if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0) newCapacity = hugeCapacity(minCapacity); //新的容量大小已经确定好就copy数组,改变容量大小。 elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);}//用来赋最大值private static int hugeCapacity(int minCapacity) { if (minCapacity < 0) // overflow throw new OutOfMemoryError(); //如果minCapacity都大于MAX_ARRAY_SIZE,那么就Integer.MAX_VALUE返回,反之将MAX_ARRAY_SIZE返回。 //相当于给ArrayList上了两层防护 return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ? Integer.MAX_VALUE : MAX_ARRAY_SIZE;}
/** * 添加一个特定的元素到list的末尾。 * 先size+1判断数组容量是否够用,最后加入元素 */public boolean add(E e) { ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!! elementData[size++] = e; return true;}/** * Inserts the specified element at the specified position in this * list. Shifts the element currently at that position (if any) and * any subsequent elements to the right (adds one to their indices). * * @param index index at which the specified element is to be inserted * @param element element to be inserted * @throws IndexOutOfBoundsException {@inheritDoc} */public void add(int index, E element) { //检查index也就是插入的位置是否合理。 rangeCheckForAdd(index); //检查容量是否够用,不够就自动扩容 ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!! //这个方法就是用来在插入元素之后,要将index之后的元素都往后移一位 System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1, size - index); elementData[index] = element; size++;}
当调用add()方法时,实际函数调用:
add→ensureCapacityInternal→ensureExplicitCapacity(→grow→hugeCapacity)
例如刚开始初始化一个空数组后add一个值,会首先进行自动扩容
将底层数组的容量调整为当前列表保存的实际元素的大小的功能
public void trimToSize() { modCount++; if (size < elementData.length) { elementData = (size == 0) ? EMPTY_ELEMENTDATA : Arrays.copyOf(elementData, size); }}
remove()
方法也有两个版本,一个是remove(int index)
删除指定位置的元素,另一个是remove(Object o)
删除第一个满足o.equals(elementData[index])
的元素。删除操作是add()
操作的逆过程,需要将删除点之后的元素向前移动一个位置。需要注意的是为了让GC起作用,必须显式的为最后一个位置赋null
值。
public E remove(int index) { rangeCheck(index); modCount++; E oldValue = elementData(index); int numMoved = size - index - 1; if (numMoved > 0) System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index, numMoved); elementData[--size] = null; //清除该位置的引用,让GC起作用 return oldValue; }
这里简单介绍了核心方法,其他方法查看源码可以很快了解
ArrayList采用了快速失败的机制,通过记录modCount
参数来实现。在面对并发的修改时,迭代器很快就会完全失败,并抛出ConcurrentModificationException
异常,而不是冒着在将来某个不确定时间发生任意不确定行为的风险
ArrayList可以存放null
ArrayList本质上就是一个elementData数组
ArrayList区别于数组的地方在于能够自动扩展大小,其中关键的方法就是gorw()方法
ArrayList中removeAll(collection c)和clear()的区别就是removeAll可以删除批量指定的元素,而clear是全是删除集合中的元素
ArrayList由于本质是数组,所以它在数据的查询方面会很快,而在插入删除这些方面,性能下降很多,有移动很多数据才能达到应有的效果
ArrayList实现了RandomAccess,所以在遍历它的时候推荐使用for循环
方法名 | 说明 |
---|---|
void addFirst(Object o) | 在列表的首部添加元素 |
void addLast(Object o) | 在列表的未尾添加元素 |
Object getFirst() | 返回列表中的第一个元素 |
Object getLast() | 返回列表中的最后一个元素 |
Object removeFirst() | 删除并返回列表中的第一个元素 |
Object removeLast() | 删除并返回列表中的最后一个元素 |
LinkedList
同时实现了List接口和Deque接口,也就是说它既可以看作一个顺序容器,又可以看作一个队列(Queue),同时又可以看作一个栈(Stack)。这样看来,LinkedList简直就是个全能冠军。当你需要使用栈或者队列时,可以考虑使用LinkedList
,一方面是因为Java官方已经声明不建议使用Stack类,更遗憾的是,Java里根本没有一个叫做Queue_的类(它是个接口名字)。关于栈或队列,现在的首选是ArrayDeque
,它有着比LinkedList
(当作栈或队列使用时)有着更好的性能。
LinkedList的实现方式决定了所有跟下标相关的操作都是线性时间,而在首段或者末尾删除元素只需要常数时间。为追求效率LinkedList没有实现同步(synchronized),如果需要多个线程并发访问,可以先采用Collections.synchronizedList()
方法对其进行包装
public class LinkedListextends AbstractSequentialList implements List , Deque , Cloneable, java.io.Serializable
这里可以发现LinkedList多了一层AbstractSequentialList
的抽象类,这是为了减少实现顺序存取(例如LinkedList)这种类的工作。如果自己想实现顺序存取这种特性的类(就是链表形式),那么就继承 这个AbstractSequentialList抽象类,如果想像数组那样的随机存取的类,那么就去实现AbstracList抽象类。
List接口
列表add、set等一些对列表进行操作的方法
Deque接口
有队列的各种特性
Cloneable接口
能够复制,使用那个copy方法
Serializable接口
能够序列化。
没有RandomAccess
推荐使用iterator,在其中就有一个foreach,增强的for循环,其中原理也就是iterator,我们在使用的时候,使用foreach或者iterator
transient关键字修饰,这也意味着在序列化时该域是不会序列化的
//实际元素个数transient int size = 0; //头结点transient Nodefirst; //尾结点transient Node last;
public LinkedList() {}public LinkedList(Collection extends E> c) { this(); //将集合c中的各个元素构建成LinkedList链表 addAll(c);}
//根据前面介绍双向链表就知道这个代表什么了,linkedList的奥秘就在这里private static class Node{ // 数据域(当前节点的值) E item; //后继 Node next; //前驱 Node prev; // 构造函数,赋值前驱后继 Node(Node prev, E element, Node next) { this.item = element; this.next = next; this.prev = prev; }}
public boolean add(E e) { linkLast(e); return true;}void linkLast(E e) { //临时节点l(L的小写)保存last,也就是l指向了最后一个节点 final Nodel = last; //将e封装为节点,并且e.prev指向了最后一个节点 final Node newNode = new Node<>(l, e, null); //newNode成为了最后一个节点,所以last指向了它 last = newNode; if (l == null) //判断是不是一开始链表中就什么都没有,如果没有,则new Node就成为了第一个结点,first和last都指向它 first = newNode; else //正常的在最后一个节点后追加,那么原先的最后一个节点的next就要指向现在真正的 最后一个节点,原先的最后一个节点就变成了倒数第二个节点 l.next = newNode; //添加一个节点,size自增 size++; modCount++;}
addAll()
有两个重载函数,addAll(Collection extends E>)
型和addAll(int,Collection extends E>)
型,我们平时习惯调用的addAll(Collection)
型会转化为addAll(int,Collection extends
型
public boolean addAll(Collection extends E> c) { return addAll(size, c);}public boolean addAll(int index, Collection extends E> c) { //检查index这个是否为合理 checkPositionIndex(index); //将集合c转换为Object数组 Object[] a = c.toArray(); //数组a的长度numNew,也就是由多少个元素 int numNew = a.length; if (numNew == 0) //如果空的就什么也不做 return false; Nodepred, succ; //构造方法中传过来的就是index==size //情况一:构造方法创建的一个空的链表,那么size=0,last、和first都为null。linkedList中是空的。 //什么节点都没有。succ=null、pred=last=null //情况二:链表中有节点,size就不是为0,first和last都分别指向第一个节点,和最后一个节点, //在最后一个节点之后追加元素,就得记录一下最后一个节点是什么,所以把last保存到pred临时节点中。 //情况三index!=size,说明不是前面两种情况,而是在链表中间插入元素,那么就得知道index上的节点是谁, //保存到succ临时节点中,然后将succ的前一个节点保存到pred中,这样保存了这两个节点,就能够准确的插入节点了 if (index == size) { succ = null; pred = last; } else { succ = node(index); pred = succ.prev; } for (Object o : a) { @SuppressWarnings("unchecked") E e = (E) o; Node newNode = new Node<>(pred, e, null); if (pred == null) first = newNode; else pred.next = newNode; pred = newNode; } if (succ == null) { /*如果succ==null,说明是情况一或者情况二, 情况一、构造方法,也就是刚创建的一个空链表,pred已经是newNode了, last=newNode,所以linkedList的first、last都指向第一个节点。 情况二、在最后节后之后追加节点,那么原先的last就应该指向现在的最后一个节点了, 就是newNode。*/ last = pred; } else { pred.next = succ; succ.prev = pred; } size += numNew; modCount++; return true;}//根据引下标找到该结点并返回Node node(int index) { //判断插入的位置在链表前半段或者是后半段 if (index < (size >> 1)) { Node x = first; //从头结点开始正向遍历 for (int i = 0; i < index; i++) x = x.next; return x; } else { Node x = last; //从尾结点开始反向遍历 for (int i = size - 1; i > index; i--) x = x.prev; return x; }}
/*如果我们要移除的值在链表中存在多个一样的值,那么我们 会移除index最小的那个,也就是最先找到的那个值,如果不存在这个值,那么什么也不做 */public boolean remove(Object o) { if (o == null) { for (Nodex = first; x != null; x = x.next) { if (x.item == null) { unlink(x); return true; } } } else { for (Node x = first; x != null; x = x.next) { if (o.equals(x.item)) { unlink(x); return true; } } } return false;}不能传一个null值E unlink(Node x) { // assert x != null; final E element = x.item; final Node next = x.next; final Node prev = x.prev; if (prev == null) { first = next; } else { prev.next = next; x.prev = null; } if (next == null) { last = prev; } else { next.prev = prev; x.next = null; } //x的前后指向都为null了,也把item为null,让gc回收它 x.item = null; size--; modCount++; return element;}
**get(index)、indexOf(Object o)**等查看源码即可
在LinkedList中除了有一个Node的内部类外,应该还能看到另外两个内部类,那就是ListItr
,还有一个是DescendingIterator
内部类
/*这个类,还是调用的ListItr,作用是封装一下Itr中几个方法,让使用者以正常的思维去写代码, 例如,在从后往前遍历的时候,也是跟从前往后遍历一样,使用next等操作,而不用使用特殊的previous。 */private class DescendingIterator implements Iterator{ private final ListItr itr = new ListItr(size()); public boolean hasNext() { return itr.hasPrevious(); } public E next() { return itr.previous(); } public void remove() { itr.remove(); }}
linkedList本质上是一个双向链表,通过一个Node内部类实现的这种链表结构。linkedList能存储null值
跟ArrayList相比较,就真正的知道了,LinkedList在删除和增加等操作上性能好,而ArrayList在查询的性能上好,从源码中看,它不存在容量不足的情况
linkedList不光能够向前迭代,还能像后迭代,并且在迭代的过程中,可以修改值、添加值、还能移除值
linkedList不光能当链表,还能当队列使用,这个就是因为实现了Deque接口
ArrayList底层是用数组实现的顺序表,是随机存取类型,可自动扩增,并且在初始化时,数组的长度是0,只有在增加元素时,长度才会增加。默认是10,不能无限扩增,有上限,在查询操作的时候性能更好
LinkedList底层是用链表来实现的,是一个双向链表,注意这里不是双向循环链表,顺序存取类型。在源码中,似乎没有元素个数的限制。应该能无限增加下去,直到内存满了在进行删除,增加操作时性能更好。
两个都是线程不安全的,在iterator时,会发生fail-fast:快速失效。
ArrayList线程不安全,在用iterator,会发生fail-fast
Vector线程安全,因为在方法前加了Synchronized关键字,也会发生fail-fast
在java.util下的集合都是发生fail-fast,而在java.util.concurrent下的发生的都是fail-safe
fail-fast
快速失败,例如在arrayList中使用迭代器遍历时,有另外的线程对arrayList的存储数组进行了改变,比 如add、delete等使之发生了结构上的改变,所以Iterator就会快速报一个java.util.ConcurrentModificationException
异常(并发修改异常),这就是快速失败
fail-safe
安全失败,在java.util.concurrent
下的类,都是线程安全的类,他们在迭代的过程中,如果有线程进行结构的改变,不会报异常,而是正常遍历,这就是安全失败
为什么在java.util.concurrent包下对集合有结构的改变却不会报异常?
在concurrent下的集合类增加元素的时候使用Arrays.copyOf()
来拷贝副本,在副本上增加元素,如果有其他线程在此改变了集合的结构,那也是在副本上的改变,而不是影响到原集合,迭代器还是照常遍历,遍历完之后,改变原引用指向副本,所以总的一句话就是如果在此包下的类进行增加删除,就会出现一个副本。所以能防止fail-fast,这种机制并不会出错,所以我们叫这种现象为fail-safe
vector也是线程安全的,为什么是fail-fast呢?
出现fail-safe是因为他们在实现增删的底层机制不一样,就像上面说的,会有一个副本,而像arrayList、linekdList、verctor等他们底层就是对着真正的引用进行操作,所以才会发生异常
vector实现线程安全的方法是在每个操作方法上加锁,这些锁并不是必须要的,在实际开发中,一般都是通过锁一系列的操作来实现线程安全,也就是说将需要同步的资源放一起加锁来保证线程安全
如果多个Thread并发执行一个已经加锁的方法,但是在该方法中,又有Vector的存在,Vector
本身实现中已经加锁了,那么相当于锁上又加锁,会造成额外的开销
Vector还有fail-fast的问题,也就是说它也无法保证遍历安全,在 遍历时又得额外加锁,又是额外的开销,还不如直接用arrayList,然后再加锁
总结:Vector在你不需要进行线程安全的时候,也会给你加锁,也就导致了额外开销,所以在jdk1.5之后就被弃用了,现在如果要用到线程安全的集合,都是从java.util.concurrent
包下去拿相应的类。
通过key、value封装成一个entry对象,然后通过key的值来计算该entry的hash值,通过entry的hash 值和数组的长度length来计算出entry放在数组中的哪个位置上面,每次存放都是将entry放在第一个位置。
HashMap实现了Map接口,即允许放入key
为null
的元素,也允许插入value
为null
的元素;除该类未实现同步外,其余跟Hashtable
大致相同;跟TreeMap不同,该容器不保证元素顺序,根据需要该容器可能会对元素重新哈希,元素的顺序也会被重新打散,因此不同时间迭代同一个HashMap的顺序可能会不同。 根据对冲突的处理方式不同,哈希表有两种实现方式,一种开放地址方式(Open addressing),另一种是冲突链表方式(Separate chaining with linked lists)。Java7 HashMap采用的是冲突链表方式。
Java8 对 HashMap 进行了一些修改,最大的不同就是利用了红黑树,所以其由 数组+链表+红黑树组成。根据 Java7 HashMap的介绍,我们知道,查找的时候,根据 hash 值我们能够快速定位到数组的具体下标,但是之后的话,需要顺着链表一个个比较下去才能找到我们需要的,时间复杂度取决于链表的长度为 O(n)。为了降低这部分的开销,在 Java8中,当链表中的元素达到了 8 个时,会将链表转换为红黑树,在这些位置进行查找的时候可以降低时间复杂度为 O(logN)。
Java7 中使用 Entry 来代表每个 HashMap 中的数据节点,Java8 中使用 Node,基本没有区别,都是 key,value,hash 和 next 这四个属性,不过,Node 只能用于链表的情况,红黑树的情况需要使用 TreeNode
public class HashMapextends AbstractMap implements Map , Cloneable, Serializable
//序列号private static final long serialVersionUID = 362498820763181265L; //默认的初始容量static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; // aka 16 //最大容量static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30; //默认加载因子static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f; //当桶(bucket)上的结点数大于这个值时会转成红黑树static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8; //当桶(bucket)上的结点数小于这个值时树转链表static final int UNTREEIFY_THRESHOLD = 6; //桶中结构转化为红黑树对应的table的最小大小static final int MIN_TREEIFY_CAPACITY = 64; //存储元素的数组,总是2的幂次倍transient Node[] table; //存放具体元素的集transient Set > entrySet; //存放元素的个数,注意这个不等于数组的长度transient int size; //每次扩容和更改map结构的计数器transient int modCount; //临界值,当实际大小(容量*填充因子)超过临界值时,会进行扩容int threshold; //填充因子,计算HashMap的实时装载因子的方法为:size/capacityfinal float loadFactor;
public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) { // 初始容量不能小于0,否则报错 if (initialCapacity < 0) throw new IllegalArgumentException("Illegal initial capacity: " + initialCapacity); // 初始容量不能大于最大值,否则为最大值 if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY) initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY; //填充因子不能小于或等于0,不能为非数字 if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor)) throw new IllegalArgumentException("Illegal load factor: " + loadFactor); //初始化填充因子 this.loadFactor = loadFactor; //初始化threshold大小 this.threshold = tableSizeFor(initialCapacity);}//这个方法将传进来的参数转变为2的n次方的数值static final int tableSizeFor(int cap) { int n = cap - 1; n |= n >>> 1; n |= n >>> 2; n |= n >>> 4; n |= n >>> 8; n |= n >>> 16; return (n < 0) ? 1 : (n >= MAXIMUM_CAPACITY) ? MAXIMUM_CAPACITY : n + 1;}/** * 自定义初始容量,加载因子为默认 */public HashMap(int initialCapacity) { this(initialCapacity, DEFAULT_LOAD_FACTOR);}/** * 使用默认的加载因子等字段 */public HashMap() { this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR; // all other fields defaulted}public HashMap(Map extends K, ? extends V> m) { //初始化填充因子 this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR; //将m中的所有元素添加至HashMap中 putMapEntries(m, false);}//将m的所有元素存入该实例final void putMapEntries(Map extends K, ? extends V> m, boolean evict) { int s = m.size(); if (s > 0) { //判断table是否已经初始化 if (table == null) { // pre-size //未初始化,s为m的实际元素个数 float ft = ((float)s / loadFactor) + 1.0F; int t = ((ft < (float)MAXIMUM_CAPACITY) ? (int)ft : MAXIMUM_CAPACITY); //计算得到的t大于阈值,则初始化阈值 if (t > threshold) threshold = tableSizeFor(t); } else if (s > threshold) resize(); //将m中的所有元素添加至HashMap中 for (Map.Entry extends K, ? extends V> e : m.entrySet()) { K key = e.getKey(); V value = e.getValue(); putVal(hash(key), key, value, false, evict); } }}
put()方法
先计算key的hash值,然后根据hash值搜索在table数组中的索引位置,如果table数组在该位置处有元素,则查找是否存在相同的key,若存在则覆盖原来key的value,否则将该元素保存在链表尾部,注意JDK1.7中采用的是头插法,即每次都将冲突的键值对放置在链表头,这样最初的那个键值对最终就会成为链尾,而JDK1.8中使用的是尾插法。此外,若table在该处没有元素,则直接保存。
public V put(K key, V value) { return putVal(hash(key), key, value, false, true);}final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent, boolean evict) { Node[] tab; Node p; int n, i; //第一次put元素时,table数组为空,先调用resize生成一个指定容量的数组 if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0) n = (tab = resize()).length; //hash值和n-1的与运算结果为桶的位置,如果该位置空就直接放置一个Node if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null) tab[i] = newNode(hash, key, value, null); //如果计算出的bucket不空,即发生哈希冲突,就要进一步判断 else { Node e; K k; //判断当前Node的key与要put的key是否相等 if (p.hash == hash && ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) e = p; //判断当前Node是否是红黑树的节点 else if (p instanceof TreeNode) e = ((TreeNode )p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value); //以上都不是,说明要new一个Node,加入到链表中 else { for (int binCount = 0; ; ++binCount) { //在链表尾部插入新节点,注意jdk1.8是在链表尾部插入新节点 if ((e = p.next) == null) { p.next = newNode(hash, key, value, null); // 如果当前链表中的元素大于树化的阈值,进行链表转树的操作 if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st treeifyBin(tab, hash); break; } //在链表中继续判断是否已经存在完全相同的key if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) break; p = e; } } //走到这里,说明本次put是更新一个已存在的键值对的value if (e != null) { // existing mapping for key V oldValue = e.value; if (!onlyIfAbsent || oldValue == null) e.value = value; //在hashMap中,afterNodeAccess方法体为空,交给子类去实现 afterNodeAccess(e); return oldValue; } } ++modCount; //如果当前size超过临界值,就扩容。注意是先插入节点再扩容 if (++size > threshold) resize(); //在hashMap中,afterNodeInsertion方法体为空,交给子类去实现 afterNodeInsertion(evict); return null;}
resize() 数组扩容
用于初始化数组或数组扩容,每次扩容后,容量为原来的 2 倍,并进行数据迁移
final Node[] resize() { Node [] oldTab = table; int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length; int oldThr = threshold; int newCap, newThr = 0; if (oldCap > 0) { // 对应数组扩容 if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) { threshold = Integer.MAX_VALUE; return oldTab; } // 将数组大小扩大一倍 else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY && oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY) // 将阈值扩大一倍 newThr = oldThr << 1; // double threshold } else if (oldThr > 0) // 对应使用 new HashMap(int initialCapacity) 初始化后,第一次 put 的时候 newCap = oldThr; else {// 对应使用 new HashMap() 初始化后,第一次 put 的时候 newCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY; newThr = (int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY); } if (newThr == 0) { float ft = (float)newCap * loadFactor; newThr = (newCap < MAXIMUM_CAPACITY && ft < (float)MAXIMUM_CAPACITY ? (int)ft : Integer.MAX_VALUE); } threshold = newThr; // 用新的数组大小初始化新的数组 Node [] newTab = (Node [])new Node[newCap]; table = newTab; // 如果是初始化数组,到这里就结束了,返回 newTab 即可 if (oldTab != null) { // 开始遍历原数组,进行数据迁移。 for (int j = 0; j < oldCap; ++j) { Node e; if ((e = oldTab[j]) != null) { oldTab[j] = null; // 如果该数组位置上只有单个元素,那就简单了,简单迁移这个元素就可以了 if (e.next == null) newTab[e.hash & (newCap - 1)] = e; // 如果是红黑树,具体我们就不展开了 else if (e instanceof TreeNode) ((TreeNode )e).split(this, newTab, j, oldCap); else { // 这块是处理链表的情况
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