Map主要实现类及HashMap的底层实现
Map主要实现类及HashMap的底层实现
一、概述
Map的主要特点是键值对的形式，Map的每一个元素叫做键值对（Entry），所谓键值对其实就是 “键” 和 “值” 组成的一对。一 一对应，且一个key只对应1个value。其常用的Map实现类主要有HashMap、HashTable、TreeMap、ConcurrentHashMap、LinkedHashMap、WeakHashMap等等。
二、环境分析
数组
数组存储区间是连续的，占用内存严重，故空间复杂的很大。但数组的二分查找时间复杂度小，为O(1)；数组的特点是：寻址容易，插入和删除困难；
链表
链表存储区间离散，占用内存比较宽松，故空间复杂度很小，但时间复杂度很大，达O（N）。链表的特点是：寻址困难，插入和删除容易。
哈希表
那么我们能不能综合两者的特性，做出一种寻址容易，插入删除也容易的数据结构？答案是肯定的，这就是我们要提起的哈希表。哈希表（(Hash table）既满足了数据的查找方便，同时不占用太多的内容空间，使用也十分方便。哈希表有多种不同的实现方法，我接下来解释的是最常用的一种方法—— 拉链法，我们可以理解为“链表的数组”
三、主要实现类
1、HashMap
HashMap是Java中最常用的一个map实现类，其为键值对也就是key-value的形式。他的数据结构则是采用的位桶和链表相结合的形式完成了，即拉链法。
1）、它是线程不安全的，在多线程环境下若使用HashMap需要使用concurrent并发包下的concurrentHashMap来获取一个线程安全的集合；
2）、HashMap可以使用null作为key，1另外HashMap不能保证放入元素的顺序，它是无序的，和放入的顺序并不能相同；
3）、继承结构：HashMap ——extends> AbstractMap ——implements> Map；
4）、初始容量与扩容：初始容量为16，填充因子默认为0.75，HashMap扩容时是当前容量翻倍即:capacity*2。
5）、HashMap计算hash对key的hashcode进行了二次hash，以获得更好的散列值，然后对table数组长度取模。
2、HashTable
1）、线程安全，它实现线程安全的方法是在各个方法上添加了synchronize关键字。
2）、HashTable不可以使用null作为key
3）、HashTable的继承结构
4）、Hashtable初始容量为11，Hashtable的填充因子默认是0.75，Hashtable扩容时是容量翻倍+1即:capacity*2+1。
5）、Hashtable计算hash是直接使用key的hashcode对table数组的长度直接进行取模
3、TreeMap
1）、TreeMap存储K-V键值对，通过红黑树（R-B tree）实现；
2）、继承实现：TreeMap继承了NavigableMap接口，NavigableMap接口继承了SortedMap接口，可支持一系列的导航定位以及导航操作的方法，当然只是提供了接口，需要TreeMap自己去实现；TreeMap实现了Cloneable接口，可被克隆，实现了Serializable接口，可序列化；
3）、TreeMap因为是通过红黑树实现，红黑树结构天然支持排序，默认情况下通过Key值的自然顺序进行排序；
4）、Entry类的实体结构
4、ConcurrentHashMap
ConcurrentHashMap 在jdk1.5中加入的，其在jdk1.6/1.7中的主要实现原理是segment段锁，它不再使用和HashTable一样的synchronize一样的关键字对整个方法进行枷锁，而是转而利用segment段落锁来对其进行加锁，以保证Map的多线程安全。ConcurrentHashMap是由Segment数组结构和HashEntry数组结构组成。
ConcurrentHashMap所使用的锁分段技术，首先将数据分成一段一段的存储，然后给每一段数据配一把锁，当一个线程占用锁访问其中一个段数据的时候，其他段的数据也能被其他线程访问。有些方法需要跨段，比如size()和containsValue()，它们可能需要锁定整个表而而不仅仅是某个段，这需要按顺序锁定所有段，操作完毕后，又按顺序释放所有段的锁。这里“按顺序”是很重要的，否则极有可能出现死锁，在ConcurrentHashMap内部，段数组是final的，并且其成员变量实际上也是final的，但是，仅仅是将数组声明为final的并不保证数组成员也是final的，这需要实现上的保证。这可以确保不会出现死锁，因为获得锁的顺序是固定的。
JDK1.8的实现已经抛弃了Segment分段锁机制，利用CAS+Synchronized来保证并发更新的安全。数据结构采用：数组+链表+红黑树。
5、LinkedHashMap
1）、一个运行于所有条目的双向链表，LinkedHashMap保证了元素迭代的顺序。该迭代顺序可以是插入顺序或者是访问顺序（有序性）；
2）、LinkedHashMap是Key和Value都允许空；
3）、LinkedHashMap的Key重复Value会覆盖、Value允许重复；
4）、线程非安全
5）、继承于HashMap
循环双向链表的头部存放的是最久访问的节点或最先插入的节点，尾部为最近访问的或最近插入的节点，迭代器遍历方向是从链表的头部开始到链表尾部结束，在链表尾部有一个空的header节点，该节点不存放key-value内容，为LinkedHashMap类的成员属性，循环双向链表的入口。
6、WeakHashMap
1）、WeakHashMap 继承于AbstractMap，实现了Map接口；
2）、WeakHashMap的键和值都可以是null；
3）、WeakHashMap是“弱键”，当WeakHashMap中如果这个Key值指向的对象没被使用，此时触发了GC，该对象就会被回收掉的。
四、HashMap的底层实现
1、HashMap数据结构采用的位桶和链表相结合的形式完成, 处理hash冲突时，会首先存放在链表中去,一旦链表中的数据较多(即>8个)之后，就会转用红黑树来进行存储，优化存储速度。当红黑树上的节点数量小于6个，会重新把红黑树变成单向链表数据结构。
2、HashMap是非线程安全的，只是用于单线程环境下，多线程环境下可以采用concurrent并发包下的concurrentHashMap；HashMap实现了Serializable接口，因此它支持序列化；实现了Cloneable接口，能被克隆。
3、HashMap里面存储的是静态内部类Entry的对象，这个对象其实也是一个key-value的结构。
Entry源码：
static class Entry<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
final K key;
V value;
/** 指向下一个元素的引用 */
Entry<K,V> next;
int hash;
/**
* 构造方法为Entry赋值
*/
Entry(int h, K k, V v, Entry<K,V> n) {
value = v;
next = n;
key = k;
hash = h;
}
...
...
}
4、HashMap的存取过程
存储时：对key求hash值（HashMap计算hash对key的hashcode进行了二次hash），然后hash值对Entry数组长度进行取模，把value存放在Entry[模]的位置，如果两个key通过hash值取得了同一个下标值，则按顺序存储在后面的链表里。
取值时：对key求hash值，利用hash值取Entry对象，如果发现这个链表有多个Entry对象，则调用equals方法对value逐一比较，当链表长度大于8时则自动将链表转化为红黑树，以提高查找效率。
5、HashMap扩容
其默认的大小是16，一旦>0.75*16之后，就会调用resize(）进行扩容，扩容非常耗时，所以如果需要保存较多的话，最好在创建一开始就制定好HashMap的初始容量。
6、HashMap的构造方法
1）、HashMap()：使用默认初始容量16与默认负载因子0.75构造一个空的HashMap。
2）、HashMap(int initialCapacity, float loadFactor)：传入初始容量和负载因子来构造一个空的HashMap。由于HashMap的容量必须为2的幂次方，且int类型的范围为-2^32 ~ 2^32-1，所以最大值不能超过2的30次方。
3）、HashMap(int initialCapacity)：传入初始容量，通过默认负载因子构造一个空的HashMap，调用了HashMap(int initialCapacity, float loadFactor)构造方法。
4）、HashMap(Map<? extends K, ? extends V> m)：根据已有的Map接口创建一个元素相同的HashMap，使用默认初始容量与默认负载因子。
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1 HashMap以null作为key时，总是存储在table数组的第一个节点上。
浙公网安备 33010602011771号