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Java Collections—HashMap深度分析与比较

  在Java的世界里,无论类还是各种数据,其结构的处理是整个程序的逻辑以及性能的关键。由于本人接触了一个有关性能与逻辑同时并存的问题,于是就开始研究这方面的问题。找遍了大大小小的论坛,也把《Java 虚拟机规范》,《apress,.java.collections.(2001),.bm.ocr.6.0.shareconnector》,和《Thinking in Java》翻了也找不到很好的答案,于是一气之下把JDK的 src 解压出来研究,扩然开朗,遂写此文,跟大家分享感受和顺便验证我理解还有没有漏洞。 这里就拿HashMap来研究(嘻嘻~~是开刀)    HashMap可谓JDK的一大实用工具,把各个Object映射起来,实现了“键--值”对应的快速存取。当实际里面做了些什么呢?    在这之前,先介绍一下负载因子和容量的属性。大家都知道其实一个 HashMap 的实际容量就 因子*容量,其默认值是 16×0.75=12; 这个很重要,对效率很一定影响!当存入HashMap的对象超过这个容量时,HashMap 就会重新构造存取表。这就是一个大问题,我后面慢慢介绍,反正,如果你已经知道你大概要存放多少个对象,最好设为该实际容量的能接受的数字。    两个关键的方法,put和get:  先有这样一个概念,HashMap是声明了 Map,Cloneable, Serializable 接口,和继承了 AbstractMap 类,里面的 Iterator 其实主要都是其内部类HashIterator 和其他几个 iterator 类实现,当然还有一个很重要的继承了Map.Entry 的 Entry 内部类,由于大家都有源代码,大家有兴趣可以看看这部分,我主要想说明的是 Entry 内部类。它包含了hash,value,key 和next 这四个属性,很重要。put的源码如下    public Object put(Object key, Object value) {  Object k = maskNull(key);    这个就是判断键值是否为空,并不很深奥,其实如果为空,它会返回一个static Object 作为键值,这就是为什么HashMap允许空键值的原因。    int hash = hash(k);  int i = indexFor(hash, table.length);    这连续的两步就是 HashMap 最牛的地方!研究完我都汗颜了,其中 hash 就是通过 key 这个Object的 hashcode 进行 hash,然后通过 indexFor 获得在Object table的索引值。    table?不要惊讶,其实HashMap也神不到哪里去,它就是用 table 来放的。最牛的就是用 hash 能正确的返回索引。其中的hash算法,我跟JDK的作者 Doug 联系过,他建议我看看《The art of programing vol3》可恨的是,我之前就一直在找,我都找不到,他这样一提,我就更加急了,可惜口袋空空啊~~5555    不知道大家有没有留意 put 其实是一个有返回的方法,它会把相同键值的 put 覆盖掉并返回旧的值!如下方法彻底说明了 HashMap 的结构,其实就是一个表加上在相应位置的Entry的链表:    for (Entry e = table[i]; e != null; e = e.next) {  if (e.hash == hash && eq(k, e.key)) {  Object oldvalue = e.value;  e.value = value;   //把新的值赋予给对应键值。  e.recordAccess(this);  //空方法,留待实现  return oldvalue;   //返回相同键值的对应的旧的值。  }  }  modCount++;   //结构性更改的次数  addEntry(hash, k, value, i);   //添加新元素,关键所在!  return null;   //没有相同的键值返回  }    我们把关键的方法拿出来分析:  void addEntry(int hash, Object key, Object value, int bucketIndex) {  table[bucketIndex] = new Entry(hash, key, value, table[bucketIndex]);    因为 hash 的算法有可能令不同的键值有相同的hash码并有相同的table索引,如:key=“33”和key=Object g的hash都是-8901334,那它经过indexfor之后的索引一定都为i,这样在new的时候这个Entry的next就会指向这个原本的table[i],再有下一个也如此,形成一个链表,和put的循环对定e.next获得旧的值。到这里,HashMap的结构,大家也十分明白了吧?    if (size++ >= threshold)   //这个threshold就是能实际容纳的量  resize(2 * table.length);  //超出这个容量就会将Object table重构    所谓的重构也不神,就是建一个两倍大的table(我在别的论坛上看到有人说是两倍加1,把我骗了),然后再一个个indexfor进去!注意!!这就是效率!!如果你能让你的HashMap不需要重构那么多次,效率会大大提高!  }    说到这里也差不多了,get比put简单得多,大家,了解put,get也差不了多少了。对于collections我是认为,它是适合广泛的,当不完全适合特有的,如果大家的程序需要特殊的用途,自己写吧,其实很简单。(作者是这样跟我说的,他还建议我用LinkedHashMap,我看了源码以后发现,LinkHashMap其实就是继承HashMap的,然后override相应的方法,有兴趣的同人,自己looklook)建个 Object table,写相应的算法,就ok啦。    举个例子吧,像 Vector,list 啊什么的其实都很简单,最多就多了的同步的声明,其实如果要实现像Vector那种,插入,删除不多的,可以用一个Object table来实现,按索引存取,添加等。  如果插入,删除比较多的,可以建两个Object table,然后每个元素用含有next结构的,一个table存,如果要插入到i,但是i已经有元素,用next连起来,然后size++,并在另一个table记录,其位置。  

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