• HashMap、LinkedHashMap、HashSet、LinkedHashSet 原理解析及关系梳理


    本文以jdk源码为线索学习几种数据类型实现机制。

    【HashMap数据机制】

    HashMap提供了key、value存储机制。
    HashMap是LinkedHashMap的基类,其内部维护一个Node数组用来存储数据:

    transient Node<K,V>[] table;
    

    为了解决hash冲突,每个节点存储链表或者红黑树。当链表长度小于阈值8时,使用链表存储;当长度达到阈值8时,将链表转换为红黑树提升读写效率:

    if ((e = p.next) == null) {
    	p.next = newNode(hash, key, value, null);
    	if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st
    		treeifyBin(tab, hash);
    }
    

    A. put

    public V put(K key, V value);
    

    put数据时,首先依据key计算hash值,与数组尺寸做与运算,计算存储数据在数组中的位置。
    若该位置没有数据(未发生hash冲突),直接依据hash值、key、value构造Node存入该位置:

    if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
    	tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
    

    当存在冲突时,遍历链表/红黑树查找当前key是否存在。若key已经存在,则替代旧的value:

    V oldValue = e.value;
    e.value = value;
    afterNodeAccess(e);
    return oldValue;
    

    否则,将新的数据存入链表/红黑树:
    插入链表:

    if ((e = p.next) == null) {
    	p.next = newNode(hash, key, value, null);
    

    插入红黑树:

    e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
    

    在插入数据之后,执行回调方法:

    afterNodeInsertion(evict);
    

    当数据数量达到一定阈值时,resize()方法将被执行,对数组进行扩容

    Node<K,V>[] newTab = (Node<K,V>[])new Node[newCap];
    table = newTab;
    

    B. remove

    public V remove(Object key);
    

    执行remove方法时,将首先依据要移除key的hash值定位在数组中的位置,
    之后依据Node类型是TreeNode或链表对key进行查找。
    当匹配上时,将node从链表或tree中移除,并将其value作为remove方法返回值。
    在remove之后,调用回调方法:

    afterNodeRemoval(node);
    

    【linkedHashMap】

    为了解决hashMap无序的问题,引入了有序存储key、value的数据结构LinkedHashMap。
    linkedHashMap以HashMap为基类,提供了记录插入key、value顺序的功能,读取时将按序输出。

    记录的节点以双向链表的形式存储:

    transient LinkedHashMap.Entry<K,V> head;
    transient LinkedHashMap.Entry<K,V> tail;
    

    A. put

    基类HashMap中当插入数据时,构造新节点时执行newNode方法。
    LinkedHashMap重写了newNode方法

    Node<K,V> newNode(int hash, K key, V value, Node<K,V> e) {
    	LinkedHashMap.Entry<K,V> p =
    		new LinkedHashMap.Entry<K,V>(hash, key, value, e);
    	linkNodeLast(p);
    	return p;
    }
    

    每一个put的key、value被构造成双向链表节点p,最终被接在tail节点的后面,成为新的tail节点:

    LinkedHashMap.Entry<K,V> last = tail;
    tail = p;
    p.before = last;
    last.after = p;
    

    若put之前存在相同key的旧值,那么就需要将旧值移除。
    在插入完成之后,HashMap中会调用afterNodeInsertion方法,LinkedHashMap中实现此模板方法,将双向链表中旧的节点移除。

    B. remove

    基类HashMap中当remove被调用,将相应key的节点移除后,回调方法afterNodeRemoval将被调用。
    LinkedHashMap重写了此方法,将相应key的节点从双向链表中移除。

    C. 读取

    LinkedHashMap内部的迭代器iterator以双向链表head为起点遍历输出,从而实现有序输出的属性。

    【HashSet】

    HashSet实现了Set接口,存储一组不重复的元素。
    为了实现不重复的功能,其内部使用HashMap存储数据,利用其key的唯一性

    public HashSet() {
    	map = new HashMap<>();
    }
    

    执行add元素时,

    public boolean add(E e) {
    	return map.put(e, PRESENT)==null;
    }
    

    执行remove移除元素时,

    public boolean remove(Object o) {
    	return map.remove(o)==PRESENT;
    }
    

    遍历元素时,直接使用HashMap的KeySet():

    public Iterator<E> iterator() {
    	return map.keySet().iterator();
    }
    

    由于HashMap内部数据依据hash值在数组中存储,因此HashSet的iterator也是无序的

    【LinkedHashSet】

    为了解决HashSet无序存储的问题,引入了LinkedHashSet。

    其内部利用了LinkedHashMap有序的特性:

    HashSet(int initialCapacity, float loadFactor, boolean dummy) {
    	map = new LinkedHashMap<>(initialCapacity, loadFactor);
    }
    

    其迭代器返回LinkedHashMap的KeySet,从而实现有序输出。

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