轻松理解 Java HashMap 和 ConcurrentHashMap

2018-09-12 17:24:55

前言

Map 这样的Key Value在软件开发中是很是经典的结构，经常使用于在内存中存放数据。

本篇主要想讨论 ConcurrentHashMap 这样一个并发容器，在正式开始以前我以为有必要谈谈 HashMap，没有它就不会有后面的 ConcurrentHashMap。

HashMap

众所周知 HashMap 底层是基于数组 + 链表组成的，不过在 jdk1.7 和 1.8 中具体实现稍有不一样。

Base 1.7

1.7 中的数据结构图：

先来看看 1.7 中的实现。

这是 HashMap 中比较核心的几个成员变量；看看分别是什么意思？

初始化桶大小，由于底层是数组，因此这是数组默认的大小。

桶最大值。

默认的负载因子（0.75）

table真正存放数据的数组。

Map存放数量的大小。

桶大小，可在初始化时显式指定。

负载因子，可在初始化时显式指定。

重点解释下负载因子：

因为给定的 HashMap 的容量大小是固定的，好比默认初始化：

public HashMap() {

    this(DEFAULT_INITIAL_CAPACITY, DEFAULT_LOAD_FACTOR);

}

public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {

    if (initialCapacity < 0)

        throw new IllegalArgumentException("Illegal initial capacity: " +

                                           initialCapacity);

    if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY)

        initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY;

    if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor))

        throw new IllegalArgumentException("Illegal load factor: " +

                                           loadFactor);

    this.loadFactor = loadFactor;

    threshold = initialCapacity;

    init();

}

给定的默认容量为 16，负载因子为 0.75。Map 在使用过程当中不断的往里面存放数据，当数量达到了16 * 0.75 = 12就须要将当前 16 的容量进行扩容，而扩容这个过程涉及到 rehash、复制数据等操做，因此很是消耗性能。

所以一般建议能提早预估 HashMap 的大小最好，尽可能的减小扩容带来的性能损耗。

根据代码能够看到其实真正存放数据的是

transient Entry[] table = (Entry[]) EMPTY_TABLE;

这个数组，那么它又是如何定义的呢？

Entry 是 HashMap 中的一个内部类，从他的成员变量很容易看出：

key 就是写入时的键。

value 天然就是值。

开始的时候就提到 HashMap 是由数组和链表组成，因此这个 next 就是用于实现链表结构。

hash 存放的是当前 key 的 hashcode。

知晓了基本结构，那来看看其中重要的写入、获取函数：

put 方法

public V put(K key, V value) {

    if (table == EMPTY_TABLE) {

        inflateTable(threshold);

    }

    if (key == null)

        return putForNullKey(value);

    int hash = hash(key);

    int i = indexFor(hash, table.length);

    for (Entry e = table[i]; e != null; e = e.next) {

        Object k;

        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;

}

判断当前数组是否须要初始化。

若是 key 为空，则 put 一个空值进去。

根据 key 计算出 hashcode。

根据计算出的 hashcode 定位出所在桶。

若是桶是一个链表则须要遍历判断里面的 hashcode、key 是否和传入 key 相等，若是相等则进行覆盖，并返回原来的值。

若是桶是空的，说明当前位置没有数据存入；新增一个 Entry 对象写入当前位置。

void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {

    if ((size >= threshold) && (null != table[bucketIndex])) {

        resize(2 * table.length);

        hash = (null != key) ? hash(key) : 0;

        bucketIndex = indexFor(hash, table.length);

    }

    createEntry(hash, key, value, bucketIndex);

}

void createEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {

    Entry e = table[bucketIndex];

    table[bucketIndex] = new Entry<>(hash, key, value, e);

    size++;

}

当调用 addEntry 写入 Entry 时须要判断是否须要扩容。

若是须要就进行两倍扩充，并将当前的 key 从新 hash 并定位。

而在createEntry中会将当前位置的桶传入到新建的桶中，若是当前桶有值就会在位置造成链表。

get 方法

再来看看 get 函数：

public V get(Object key) {

    if (key == null)

        return getForNullKey();

    Entry entry = getEntry(key);

    return null == entry ? null : entry.getValue();

}

final Entry getEntry(Object key) {

    if (size == 0) {

        return null;

    }

    int hash = (key == null) ? 0 : hash(key);

    for (Entry e = table[indexFor(hash, table.length)];

         e != null;

         e = e.next) {

        Object k;

        if (e.hash == hash &&

            ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))

            return e;

    }

    return null;

}

首先也是根据 key 计算出 hashcode，而后定位到具体的桶中。

判断该位置是否为链表。

不是链表就根据key、key 的 hashcode是否相等来返回值。

为链表则须要遍历直到 key 及 hashcode 相等时候就返回值。

啥都没取到就直接返回 null 。

做者：AI乔治 连接：https://www.jianshu.com/p/7e36a15f7d3a 來源：简书 简书著做权归做者全部，任何形式的转载都请联系做者得到受权并注明出处。