基于哈希表的 Map 接口的实现。此实现提供所有可选的映射操作，并允许使用 null 值和 null 键。（除了非同步和允许使用 null 之外，HashMap 类与 Hashtable 大致相同。）此类不保证映射的顺序，特别是它不保证该顺序恒久不变。 此实现假定哈希函数将元素适当地分布在各桶之间，可为基本操作（get 和 put）提供稳定的性能。迭代 collection 视图所需的时间与 HashMap 实例的“容量”（桶的数量）及其大小（键-值映射关系数）成比例。所以，如果迭代性能很重要，则不要将初始容量设置得太高（或将加载因子设置得太低）
–摘自《百度百科》
前言
一步一步，一小步，一大步，我相信知识的积累会有一个质的飞跃。
写此文章的目的是为了记录自己的学习。记录在此也是希望各位业界的前辈们如果发现了不正确的地方，希望您能及时批评指正，在此感谢!
本篇内容
本篇主要是记录HashMap中定义的一些属性目的为了初步了解和加深一下概念。
先来看看HashMap定义的几个主要变量
/**
* 默认的初始容器大小,必须是2的整幂数,如果在创建实例的时候没有初始化一个对象,
* 那么容器就会默认使用这个数值
*/
static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4;
/**
* 容器的最大容量,也就说容器大小必须<=MAXIMUM_CAPACITY
*/
static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;
/**
* 加载因子,用来判断容器装载的程度,这个值并不是任意取的,他取的是一个平衡值,当容器实例创建时不指定
* 的话,会默认将此值作为加载因子 final float loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR
*/
static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;
/**
* 临界值,当容器大小超过临界值的时候会进行扩容,threshold=capacity * load factor
*/
int threshold;
/**
* 加载因子
*/
final float loadFactor;
/**
* 返回(记录)key-value映射的个数
*/
transient int size;
一、初始容量
在HashMap的使用中其实是提倡我们在实例化的时候给指定的初始容量,这一点在《阿里巴巴java开发手册》集合处理中也有明确的规定。那么为什么我们要进行初始化？
我们的定义4个集合,一个默认容量,一个初始化容量为16,一个初始化为20000,一个初始化为10000
public void compareInitial(){
Map<Integer, Integer> map1 = new HashMap<>();
long start1 = System.currentTimeMillis();
for(int i = 0 ; i <10000000;i++){
map1.put(i,i);
}
long end1 = System.currentTimeMillis();
System.out.println("map1 capacity->default 耗时:"+(end1-start1));
Map<Integer, Integer> map2 = new HashMap<>(20000);
long start2 = System.currentTimeMillis();
for(int i = 0 ; i <10000000;i++){
map2.put(i,i);
}
long end2 = System.currentTimeMillis();
System.out.println("map2 capacity->20000 耗时:"+(end2-start2));
Map<Integer, Integer> map3 = new HashMap<>(16);
long start3 = System.currentTimeMillis();
for(int i = 0 ; i <10000000;i++){
map3.put(i,i);
}
long end3 = System.currentTimeMillis();
System.out.println("map3 capacity->16 耗时:"+(end3-start3));
Map<Integer, Integer> map4 = new HashMap<>(10000);
long start4 = System.currentTimeMillis();
for(int i = 0 ; i <10000000;i++){
map4.put(i,i);
}
long end4 = System.currentTimeMillis();
System.out.println("map4 capacity->10000 耗时:"+(end4-start4));
}
结果
map1 capacity->default 耗时:8049
map2 capacity->20000 耗时:4812
map3 capacity->16 耗时:1388
map4 capacity->10000 耗时:4685
从结果中不难看出，给容器一个合理的初始大小很够有效的提高性能,因为容器会有一个临界值threshold当容器装载的kv超过此大小时候容器会进行扩容，扩容机制为threshold=capacity * load factor,每次的扩容HashMap都会重建Hash表.
二、size和capacity
在变量的定义中，我们会觉得size似乎与capac定义类似。
size:返回容器中存储了多少个kv
capacity:是当前容器的大小
请看演示
public void sizeCompareCapacity() throws Exception{
Map<String, String> map = new HashMap<>();
map.put("name","张三");
Map<String, String> map1 = new HashMap<>(5);
map1.put("name","张三1");
Map<String, String> map2 = new HashMap<>(16);
map2.put("name","张三2");
//通过反射机制来获取容器内的方法
Class<?> capaci = map.getClass();
Method method = capaci.getDeclaredMethod("capacity");
method.setAccessible(true);
System.out.println("map capacity: "+ method.invoke(map)+"------> map size:"+map.size());
System.out.println("map1 capacity: "+ method.invoke(map1)+"------> map1 size:"+map.size());
System.out.println("map2 capacity: "+ method.invoke(map2)+"------> map2 size:"+map.size());
}
运行结果
map capacity: 16------> map size:1
map1 capacity: 8------> map1 size:1
map2 capacity: 16------> map2 size:1
size的大小为1,capacity的大小不难看出是我们定义的大小。
细心的朋友可能看出map1的容器大小我定义的是5他为什么会是8.
我先贴一张源码
//无参构造器
public HashMap() {
this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR; // all other fields defaulted
}
//有参构造器
public HashMap(int initialCapacity) {
//这是我们演示代码中使用的构造方法,调用下面的方法
this(initialCapacity, DEFAULT_LOAD_FACTOR);
}
//有参构造器
public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {
if (initialCapacity < 0) //如果初始容量必须大于0否则报错
throw new IllegalArgumentException("Illegal initial capacity: " +
initialCapacity);
//容器大小限制不大于最大值
if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY)
initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY;
//Float.isNaN() is not number 不是一个数,判断我们传入的值是否进行多次计算造成非法
//数值
if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor))
throw new IllegalArgumentException("Illegal load factor: " +
loadFactor);
//赋值 加载因子
this.loadFactor = loadFactor;
//赋予 容器大小
this.threshold = tableSizeFor(initialCapacity);
}
在HashMap的内部为我们提供重载的3中构造方法,在源代码中我进行了粗略的注释，下面我们在来看
最后一行**this.threshold = tableSizeFor(initialCapacity)**的方法
附一张源码
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;
}
JAVA8对于JAVA7的性能优化tableSizeFor算是一个很好的例子
|= 和 += 类似。
所以这里的等价于n = n | n >>> 1
>>>无符号位运算符,与>>的区别在于不管是正数或负数补位,都是补0 ,
|或运算符 也就是两个都为0才是0,否则是1
下面请看:
我们传入的是cap=5, n=cap-1=4.
第一次:>>>1
n---0100
-> 0010
n= 0110
第二次: >>>2
n---0110
-> 0001
n= 0111
第三次: >>>3
n---0111
-> 0000
n= 0111
其实在此后无论再怎么使用无符号位运算符都是0111->转换为十进制:n=2^0+2^1+2^2=7
使用此运算的目的就是为了让传入cap最高位的1后面都为1.比如我们的结果从0100->0111
在return的时候在进行+1 0111->1000为10进制的8
那么为什么会将cap进行-1呢？目的是放止传入的值已经是2的幂次方.
以上面的例子来说,假设我们传入的是cap=4,不进行减1的话按照上面的流程走完得到的值是7
那么return返回的结果就是8。
总结来说tableSizeFor方法的作用是当我们传入一个不符合容器规则的数值是,他会帮我们去寻找比他大的第一个2的幂次方数值。
这样也能解释的通为什么我们传入的5变成了8
三、扩容机制 loadFactor和threshold
我们先来看一组运行结果
public void loadAndThres() throws Exception {
Map<Integer,Integer> map = new HashMap<>(4);
for(int i =0;i<3;i++){
map.put(i,i);
}
Class<?> cls = map.getClass();
Method capacity = cls.getDeclaredMethod("capacity");
capacity.setAccessible(true);
System.out.println("capacity:"+capacity.invoke(map));
System.out.println("size:"+map.size());
Field threshold = cls.getDeclaredField("threshold");
threshold.setAccessible(true);
System.out.println("threshold:"+threshold.get(map));
Field loadFactor = cls.getDeclaredField("loadFactor");
loadFactor.setAccessible(true);
System.out.println("loadFactor:"+loadFactor.get(map));
System.out.println("---------------------------------------");
map.put(4,4);
System.out.println("capacity:"+capacity.invoke(map));
System.out.println("size:"+map.size());
System.out.println("threshold:"+threshold.get(map));
System.out.println("loadFactor:"+loadFactor.get(map));
}
capacity:4
size:3
threshold:3
loadFactor:0.75
---------------------------------------
capacity:8
size:4
threshold:6
loadFactor:0.75
从上结果我们能发现:
1.threshold:是判断容器是否负载的依据,如果容器的size大于threshold那么容器将会进行扩容.
扩容的大小为capacity*loadFactor
2.capacity:容器扩容大小为2的幂次依次递增.
希望各位看过的伙伴们如果发现了问题能够及时批评指正，在此感谢。
下一篇:深入理解HashMap的底层原理(二)粗略的介绍一下HashMap的扩容过程,有兴趣的朋友可以帮忙一起探讨指正不足之处!
