突破程序员基本功的16课-2（Set，Map）

3.常见的Java集合的实现细节

 

set和map

map的key就是一个set，而且map提供了一个返回key集合：Set<k> ketset()

而从set到map，set中的每一个元素都是k-v对便可

 

因为给出key，map总能够找到对应的value，因此能够将value当作key的附属物

HashSet与HashMap

两个都是经过Hash算法来计算集合元素的存储位置

集合存储Java对象并非指将java对象放在集合中，而是集中保留了这些对象的引用（指针），这些引用变量指向实际的java对象

能够看出，list中存储了两个对象，这个两个对象最终仍是指向了堆内存中的实际java对象，即说明list中存储的是对象的引用

 

关于Map.Entry

它是Map的一个内部接口，每一个Map.Entry实际就是一个k-v对，而且系统在存储k-v对时，没有考虑v，而是仅仅根据k来计算Entry的位置，位置肯定以后，value也随之保存了

 

当调用put方法时，即试图将一个k-v对放入一个HashMap时，首先根据key的hashCode()返回值决定Entry的存储位置，若是两个Entry的key的hashCode值相同，那么他们对应的v就被新的v覆盖，k不会覆盖，若是不一样，则新添加的Entry将于原有的Entry造成Entry链，而且新添加的Entry位于Entry链的头部

 

HashMap

public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {
//初始容量不能为负数
        if (initialCapacity < 0)
            throw new IllegalArgumentException("Illegal initial capacity: " +
                                               initialCapacity);
//初始容量大于最大容量时，将初始容量赋值为最大容量
        if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY)
            initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY;
        if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor))
            throw new IllegalArgumentException("Illegal load factor: " +
                                               loadFactor);
//计算出大于initCapacity的最小的2的n次方幂
/*当实际容量小于初始容量时，使用位移运算，将实际容量不断的乘以2（最终的效果就是乘以2的n次方），直至实际容量大于初始容量*/
        // Find a power of 2 >= initialCapacity
        int capacity = 1;
        while (capacity < initialCapacity)
            capacity <<= 1;
//设置容量极限等于容量乘以负载因子
        this.loadFactor = loadFactor;
        threshold = (int)(capacity * loadFactor);
//初始化table数组
        table = new Entry[capacity];
        init();
    }

通过debug发现初始化数组的时候，居然也会调用上面这个HashMap的构造方法…

查看源码发现

HashMap的底层经过数组来存储数据的，该数组的长度不必定是指定的初始长度，而是比初始值大的最小的2的n次方，因此尽可能使初始值是2的n次方，这样能够减少系统开销。

HashMap及其子类采用Hash算法来决定集合中元素的位置，系统初始化HashMap时，系统会建立一个长度为capacity的数组Entry，该数组里能够存储元素的位置被称为桶（bucket），每一个bucket都有其指定的索引，经过索引，系统能够快速的访问到bucket里存储的元素

每一个bucket只能存储一个元素，即一个Entry，可是因为Entry对象能够包含一个引用变量用于指向下一个Entry，因此可能出现bucket中只有一个Entry，但这个Entry指向另外一个Entry，造成Entry链。

若是bucket只有一个Entry，系统先计算某个key的hashCode值，在根据hashCode值找到该key在table数组中的索引，而后取出该索引处的Entry，最后返回该key对应的value

若是bucket存储的是一个Entry链，那么找到该Entry以后还要遍历该Entry链才能找到特定的Entry

源码

public V get(Object key) {
//若是key是null，调用getForNullKey取出value
        if (key == null)
            return getForNullKey();
//计算key的hashCode
        int hash = hash(key.hashCode());
//直接取出table数组中指定索引处的值
        for (Entry<K,V> e = table[indexFor(hash, table.length)];
             e != null;
//搜索该Entry链的下一个entry
             e = e.next) {
            Object k;
//若是该Entry的key和被搜索的key相同
            if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k)))
                return e.value;
        }
        return null;
}

建立HashMap时，有一个默认的负载因子(load factor)，默认为0.75，增大负载因子能够减小hash表所占的空间，但会增长查询时间，而最频繁的操做put和get都须要用到查询；反之，减少负载因子会提升查询效率可是会下降存储空间

 

HashSet

查看HashSet源码

它只是封装了一个HashMap，它所存储的元素其实是由HashMap的key来保存的，而该HashMap的value则是一个PRESENT，一个静态的java对象

HashMap和HashSet判断重复的标准包括两个对象的hashCode值相等，而且二者equals~！若是要判断本身的类对象是否重复，也须要重写hashCode和equals~！

例如：

若是不重写hashCode则不能正确判断两个对象是否相等

TreeMap和TreeSet

TreeSet底层实际上也是有TreeMap实现的

对于TreeMap，它采用红黑树的排序二叉树来保存Map中每一个Entry—每一个Entry都被当作红黑树的一个节点来对待。

当向TreeMap中存入数据的时候，首先会把第一个元素的Entry做为根节点，后面添加的元素的Entry都做为新节点添加到已知的红黑树中，这样就保证了TreeMap中的key按照由小到大的顺序排列。（该二叉树自己就有默认的排序）

TreeMap和HashMap相比，性能较低，由于在查询和插入元素的时候须要不断的循环，找到合适Entry（的位置），可是它优点是有序。

关于红黑树：

TreeMap的关键就是put(K key,V vlaue)， 该方法实现将Entry放入到TreeMap的Entry链。

源码：

分析源代码：

首先该map若是为空，即没有任何元素，t==null，那么就建立一个新的Entry，并将该Entry做为root；

接着，就要去寻找合适的put的位置了，经过判断用户是否认制了Comparator，若是有定制，则使用定制的排序方式，不然就使用默认的（新建的）Comparaotor，该比较器的做用是找到合适的put的节点，并把该节点做为即将被put的元素的父亲节点；

找寻的方式是：首先将根节点做为父亲节点，而后经过Compaerator判断该父亲节点的key与被put的key的大小，若是父亲节点大，那么就将父亲节点的左节点做为新的父亲节点；反之则将父亲节点的右节点做为新的父亲节点；若是相等，则覆盖原有节点上的value，并经过return返回，再也不循环；

一轮循环结束后再去判断新的父亲节点是否真实存在，若是存在，则继续循环遍历，不然退出循环。

最终的结果就是，找到了该TreeMap中合适位置的节点

最后将循环找到的节点做为新添加节点的父节点，再次去判读父节点的key和新添加节点的key的大小，父亲节点大，则添加在父亲节点的左节点，反之则在右节点（不存在相等了）。

使用get方法查找元素时：

最终调用的仍是getEntry()方法：

能够看出，getEntry()方法也是首先判断是否有定制的Comparator，而后经过Comparator去遍历查询出须要的节点，遍历方式和put方法一致。

 

综上：TreeMap本质上就是一颗红黑树，而每一个Entry就是树的一个节点。