java之Map源代码浅析
Map是键值对。也是经常使用的数据结构。
Map接口定义了map的基本行为。包含最核心的get和put操作，此接口的定义的方法见下图：
JDK中有不同的的map实现，分别适用于不同的应用场景。如线程安全的hashTable和非线程安全的hashMap.
例如以下图是JDK中map接口的子类UML类图，当中有个特例Dictionary已经不建议使用：
Map接口中的方法我们须要关注的就是get、put 和迭代器相关的方法如entrySet()、keySet()、values()方法。
Entry
在開始分析map之前，首先了解map中元素的存储。我们知道map能够觉得是键值对的集合，java中map使用Entry存储键值对，这是一个接口，其定义例如以下，简单明了。接口方法主要是对键和值进行操作。
interface Entry<K,V> {
K getKey();
V getValue();
V setValue(V value);
boolean equals(Object o);
int hashCode();
}
AbstractMap
Map接口的抽象实现。见下面演示样例实现代码：
Map<String,String> a = /**
*
*抽象map实现示意，依据文档说。和list接口及其相似。
*
*map分为可变和不可变两种。不可变仅仅需实现 entrySet方法就可以，且返回的 set的迭代器不能支持改动操作。
*
*可变map,须要实现put方法，然后 entrySet的迭代器也须要支持改动操作
*
*
*AbstractMap 里面实现了map的梗概，可是其效率难说，比方其get方法中时採用方法entrySet实现的。
*
*通常子类用更有效率的方法覆盖之。
如hashMap中覆盖了keySet 、values 、get方法等
*/
new AbstractMap<String,String>(){
/*
* 返回map中的元素集合，返回的集合通常继承AbstractSet 就可以。
*/
@Override
public Set<Map.Entry<String, String>> entrySet() {
return new AbstractSet<Map.Entry<String,String>>() {
@Override
public Iterator<java.util.Map.Entry<String, String>> iterator() {
return null;
}
@Override
public int size() {
return 0;
}
};
}
/*
* 默认实现抛出异常，可变map须要实现此方法
*/
@Override
public String put(String key, String value) {
return null;
}
};
HashMap
hashMap继承abstractMap，是相当经常使用的数据结构，採用hash散列的思想。能够在O(1)的时间复杂度内插入和获取数据。其基本实现能够分析上个小节中的抽象方法，文章
浅析HashMap的实现和性能分析 已经对hashMap的实现、put和get操作进行了较具体的说明。
这里不再赘述。关键看他的迭代器实现，这里仅仅分析下entrySet()方法，而keySet()和values()方法实现与之中的一个脉相承。
关于迭代器。见以下摘出的部分源代码和相关凝视：
/**
* 返回map中全部的键值对集合，用于遍历
*/
public Set<Map.Entry<K,V>> entrySet() {
return entrySet0();
}
/**
* 延迟初始化，仅仅有使用的时候才构建。
*
* values()和 keySet()方法也使用了相似的机制
*/
private Set<Map.Entry<K,V>> entrySet0() {
Set<Map.Entry<K,V>> es = entrySet;
return es != null ? es : (entrySet = new EntrySet());
}
/**
* 真正的 enterySet，是一个内部类，其关键实现是迭代器实现。
*
* values()和 keySet()方法也相应了相应的内部类。
* 相应的自己的迭代器实现。关键在于这个迭代器
*
*/
private final class EntrySet extends AbstractSet<Map.Entry<K,V>> {
public Iterator<Map.Entry<K,V>> iterator() {
return newEntryIterator();
}
public boolean contains(Object o) {
if (!(o instanceof Map.Entry))
return false;
Map.Entry<K,V> e = (Map.Entry<K,V>) o;
Entry<K,V> candidate = getEntry(e.getKey());
return candidate != null && candidate.equals(e);
}
public boolean remove(Object o) {
return removeMapping(o) != null;
}
public int size() {
return size;
}
public void clear() {
HashMap.this.clear();
}
}
/**
* entrySet迭代器，继承HashIterator，实现next方法。
* values()和 keySet()方法，也是继承HashIterator。仅仅是实现next 的方法不同。
*
* 能够对照下。
*
* 关键在于HashIterator
*
*
*/
private final class EntryIterator extends HashIterator<Map.Entry<K,V>> {
public Map.Entry<K,V> next() {
return nextEntry();
}
}
/**
*
*keySet()相应的迭代器
*/
private final class KeyIterator extends HashIterator<K> {
public K next() {
return nextEntry().getKey();
}
}
/**
*
* hashmap entrySet() keySet() values()的通用迭代器
*/
private abstract class HashIterator<E> implements Iterator<E> {
Entry<K,V> next; // next entry to return
int expectedModCount; // For fast-fail
int index; // current slot
Entry<K,V> current; // current entry
HashIterator() {
expectedModCount = modCount;
if (size > 0) { // advance to first entry
Entry[] t = table;
//构造时候，在数组中查找第一个不为null的数组元素，即Entry链表，关于hashmap的实现请看
//本人前面的博文
while (index < t.length && (next = t[index++]) == null)
;
}
}
public final boolean hasNext() {
return next != null;
}
/**
* 关键实现，非常easy看懂。查找next的时候，和构造迭代器的时候一样
*/
final Entry<K,V> nextEntry() {
if (modCount != expectedModCount)
throw new ConcurrentModificationException();
Entry<K,V> e = next;
if (e == null)
throw new NoSuchElementException();
if ((next = e.next) == null) {
Entry[] t = table;
while (index < t.length && (next = t[index++]) == null)
;
}
current = e;
return e;
}
public void remove() {
if (current == null)
throw new IllegalStateException();
if (modCount != expectedModCount)
throw new ConcurrentModificationException();
Object k = current.key;
current = null;
HashMap.this.removeEntryForKey(k);
expectedModCount = modCount;
}
}HashTable
实现和hashMap基本一致，仅仅是在方法上加上了同步操作。
多线程环境能够使用它。只是如今有ConcurrentHashMap了，在高并发的时候，能够用它替换hashtable.
LinkedHashMap
hashMap可能在某些场景下不符合要求，由于放入到当中的元素是无序的。而LinkedHashMap则在一定程度上解决问题。
其在实现上继承了HashMap，在存储上扩展haspMap.enteySet,增加了before、after字段。把hashMap的元素用双向链表连接了起来。这个双向链表决定了它的遍历顺序。
其顺序一般是插入map中的顺序，可是它有一个字段accessOrder当为true时，遍历顺序将是LRU的效果。
研究它的有序性。我们能够从put方法、get方法和遍历的方法入手。首先看get方法：
/**
* 直接调用父类的getEntry方法。关键在于
* e.recordAccess(this) 这句代码
*/
public V get(Object key) {
Entry<K,V> e = (Entry<K,V>)getEntry(key);
if (e == null)
return null;
e.recordAccess(this);
return e.value;
}
/**
* Entry.recordAccess 方法
*
* 假设是訪问顺序（accessOrder=true），那么就把它放到头结点的下一个位置
* 否则什么也不做。
* 这样就能够依据初始 accessOrder 属性，来决定遍历的顺序。
*/
void recordAccess(HashMap<K,V> m) {
LinkedHashMap<K,V> lm = (LinkedHashMap<K,V>)m;
if (lm.accessOrder) {
lm.modCount++;
remove();
addBefore(lm.header);
}
}
Put方法：
/**
* put方法调用此方法，覆盖了父类中的实现，
*/
void addEntry(int hash,K key, V value, int bucketIndex) {
createEntry(hash, key, value, bucketIndex);
// Remove eldest entry if instructed, else grow capacity if appropriate
Entry<K,V> eldest = header.after;
//回调。假设有必要移除在老的元素。最新的元素在链表尾部。
if (removeEldestEntry(eldest)) {
removeEntryForKey(eldest.key);
} else {
if (size >= threshold)
resize(2 * table.length);
}
}
/**
*
*/
void createEntry(int hash,K key, V value, int bucketIndex) {
HashMap.Entry<K,V> old = table[bucketIndex];
Entry<K,V> e = new Entry<K,V>(hash, key, value, old);
table[bucketIndex] = e;
//本质是插入双向链表的末尾
e.addBefore(header);
size++;
}
/**
* 插入到 existingEntry的前面，由于是双向链表。当existingEntry是 header时。
* 相当于插入到链表最后。
*
*/
private void addBefore(Entry<K,V> existingEntry) {
after = existingEntry;
before = existingEntry.before;
before.after = this;
after.before = this;
}
遍历迭代直接使用双向链表进行迭代接口，这里不赘述。能够看源代码非常easy理解。
注意的是实现上市覆盖了父类中相关的生成迭代器的方法。
TreeMap和CurrentHashMap都能够单独开一篇文章来分析了。这里简单说下。TreeMap是基于b树map，依据key排序。CurrentHashMap是并发包中的一个强大的类，适合多线程高并发时数据读写。
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