JDK源码学习之：HashSet和HashMap

 

之因此把HashSet和HashMap放在一块儿讲解，是由于两者在Java里有着相同的实现，前者仅仅是对后者作了一层包装，也就是说HashSet里面有一个HashMap（适配器模式）。所以本文将重点分析HashMap。

1、HashMap

HashMap实现了Map接口，容许放入null元素，除该类未实现同步外，其他跟Hashtable大体相同，跟TreeMap不一样，该容器不保证元素顺序，根据须要该容器可能会对元素从新哈希，元素的顺序也会被从新打散，所以不一样时间迭代同一个HashMap的顺序可能会不一样。

根据对冲突的处理方式不一样，哈希表有两种实现方式，一种开放地址方式（Open addressing），另外一种是冲突链表方式（Separate chaining with linked lists）。Java HashMap采用的是冲突链表方式。

从上图容易看出，若是选择合适的哈希函数，put()和get()方法能够在常数时间内完成。但在对HashMap进行迭代时，须要遍历整个table以及后面跟的冲突链表。所以对于迭代比较频繁的场景，不宜将HashMap的初始大小设的过大。

有两个参数能够影响HashMap的性能：初始容量（inital capacity）和负载系数（load factor）。初始容量指定了初始table的大小，负载系数用来指定自动扩容的临界值。当entry的数量超过capacity*load_factor时，容器将自动扩容并从新哈希。对于插入元素较多的场景，将初始容量设大能够减小从新哈希的次数。

一、重点方法讲解

get()

get(Object key)方法根据指定的key值返回对应的value，该方法调用了getEntry(Object key)获得相应的entry，而后返回entry.getValue()。所以getEntry()是算法的核心。

算法思想是首先经过hash()函数获得对应bucket的下标，而后依次遍历冲突链表，经过key.equals(k)方法来判断是不是要找的那个entry。

上图中hash(k)&(table.length-1)等价于hash(k)%table.length，缘由是HashMap要求table.length必须是2的指数，所以table.length-1就是二进制低位全是1，跟hash(k)相与会将哈希值的高位全抹掉，剩下的就是余数了。

//getEntry()

final Entry getEntry(Object key) { 
        int hash = (key == null) ? 0 : hash(key); 
        for (Entry e = table[hash&(table.length-1)]; e != null; e = e.next) {
        //依次遍历冲突链表中的每一个entry Object k; 
        //依据equals()方法判断是否相等 
        if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) 
            return e; 
    } 
    return null; 
}

put()

put(K key, V value)方法是将指定的key, value对添加到map里。该方法首先会对map作一次查找，看是否包含该元组，若是已经包含则直接返回，查找过程相似于getEntry()方法；若是没有找到，则会经过 addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex)方法插入新的entry，插入方式为头插法。

//addEntry()

void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) { 
        if ((size >= threshold) && (null != table[bucketIndex])) { 
            resize(2 * table.length);//自动扩容，并从新哈希 
            hash = (null != key) ? hash(key) : 0; bucketIndex = hash & (table.length-1);
} 
//在冲突链表头部插入新的entry 
Entry e = table[bucketIndex]; 
table[bucketIndex] = new Entry<>(hash, key, value, e); 
size++;
}

remove()

remove(Object key)的做用是删除key值对应的entry，该方法的具体逻辑是在removeEntryForKey(Object key)里实现的。removeEntryForKey()方法会首先找到key值对应的entry，而后删除该entry（修改链表的相应指针）。查找过程跟getEntry()过程相似。

//removeEntryForKey()

final Entry removeEntryForKey(Object key) { 
    int hash = (key == null) ? 0 : hash(key); 
    int i = indexFor(hash, table.length);
    Entry prev = table[i];//获得冲突链表 
    Entry e = prev; 
    while (e != null) {
    //遍历冲突链表 
    Entry next = e.next; Object k; 
    if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) {
    //找到要删除的entry 
    modCount++; 
    size--; 
    if (prev == e) table[i] = next;
    //删除的是冲突链表的第一个entry 
    else prev.next = next; 
    return e; 
} 
prev = e; 
e = next; 
} 
return e; 
}

2、HashSet

前面已经说过HashSet是对HashMap的简单包装，对HashSet的函数调用都会转换成合适的HashMap方法，所以HashSet的实现很是简单，只有不到300行代码。这里再也不赘述。部分源码以下：

public class HashSet{ 
        private transient HashMap map;//HashSet里面有一个HashMap 
        private static final Object PRESENT = new Object(); 
        public HashSet() { 
            map = new HashMap<>(); 
        } 

        public boolean add(E e) {
            //简单的方法转换 
            return map.put(e, PRESENT)==null; 
        } 

     ......
}