Java集合框架(Collection Framework)學習之 HashMap


API文檔可以得到HashMap的以下幾個特點:

  • 基於哈希表(hash table)實現,並且是鏈式哈希表
  • 允許空值和空鍵(null=null 鍵值對)
  • HashMap與Hashtable基本相同,區別是HashMap是非同步、非線程安全的,並且可以支持空值
  • HashMap是無序的:HashMap不保證元素的順序,也不保證元素的順序會保持不變
  • O(1)的時間效率:它對get和put基本操作提供了常數時間(constant-time)的性能
  • 影響HashMap性能的兩個參數:初始化容量和負載因子(load factor)。不要把初始化容量設的太大,也不要把負載因子設的太小 。為了更好地權衡時間和空間消耗,默認的負載因子一般為0.75。默認的容量是16。
  • 當哈希表里的entry(鍵值對)超過一定閾值(threshold=capacity*factor)時,哈希表會進行再哈希(rehash)。再哈希后的哈希表的桶的個數之前的兩倍 。

使用選擇

Hashtable 從jdk1.0就有了,而HashMap是jdk1.2添加了,ConcurrentHashMap在jdk1.5才提供。
Hashtable和ConcurrentHashMap都是線程安全的。但是ConcurrentHashMap是1.5添加的更高級的並發工具。它使用了分段鎖技術來實現更細粒度的同步。因此ConcurrentHashMap比Hashtable效率較高,因此在多線程情況下一般使用ConcurrentHashMap。而HashMap是非線程安全的,因此一般在單線程下使用。

優先選擇:多線程訪問:ConcurrentHashMap。單線程訪問:HashMap

驗證

寫個簡單易懂的代碼作為例子,代碼如下,然后分別在有注釋的兩行代碼前設置斷點:

public class HashMapL {

	public static void main(String[] args) {
		HashMap<Integer, Integer> hashMap = new HashMap<>();
		hashMap.put(null, null);  //test null key and null value;
		for(int i=0; i<16; i++){
			hashMap.put(i, i);  //autoboxing
		}
				
}

以debug模式運行上面代碼可以看出HashMap<Integer, Integer> hashMap = new HashMap<>();初始化了如下的hashMap:

從上圖可以看到,負載因子loadfactor默認值是0.75。注意,threshold現在的值時0。根據HashMap源碼里面的注釋可以知道,這個值是在給table分配空間后才會計算threshold的值,分配前它的值是0,而現在table的值為null,尚未分配。那么這里的table是什么呢?了解拉鏈式哈希表的人就會輕易知道它是一個鏈表數組。

按F6執行下一步,給hashMap賦值,並且是空值,來驗證與Hashtable的區別:可以保存空值。

從上圖可以看到,

  1. 現在table已經初始化了,它現在擁有一個元素 "null=null"(從圖片最下面可以看成)。
  2. 它是一個包含16個元素的Node<k,v>類型數組
  3. 記住,現在table的id=24,可以和之后進行再哈希后的tableid對比。

繼續按F6,直到size=threshold=12,此刻table的id和之前的一樣,還是id=24

現在再按一次F6執行下一步,向hashMap里添加一個元素,讓元素的總數size大於閾值threshold

從圖片中看到,table的id=104,大小為32,閾值threshold=24。而之前的id=24,大小為16,threshold=12。因此得出結論,

當元素大小size大於閾值threshold時就會進行再哈希。再哈希后,HashMap就會自動擴容為之前的2倍。並且用一個新的對象代替原來的對象。
由此也可得知,自動擴容是需要消耗資源的,要盡量減少自動擴容的發生。

參考:

API文檔
How HashMap works in java,強烈推薦!
(之前看了這篇文章感覺真的太好了,有種自己不用寫了感覺。所以這篇博文最主要的目的是總結下HashMap的特點。和這篇文章的debug思路)


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