一 集合
Java中的集合分为两大类Collection接口，与Map接口。
1.1 Iterable与Iterator
- Iterable接口是单列集合的最高级。
public interface Iterable<T> {
// 返回一个迭代器对象
Iterator<T> iterator();
// 对Iterable的每个元素执行给定的操作，直到处理完所有元素或该操作引发异常。
default void forEach(Consumer<? super T> action) {
Objects.requireNonNull(action);
for (T t : this) {
action.accept(t);
}
}
// 并行遍历迭代器
default Spliterator<T> spliterator() {
return Spliterators.spliteratorUnknownSize(iterator(), 0);
}
}
- Iterator迭代器对象
public interface Iterator<E> {
// 是否有下一个元素
boolean hasNext();
// 下一个元素
E next();
// 从基础集合中移除此迭代器返回的最后一个元素（可选操作）
default void remove() {
throw new UnsupportedOperationException("remove");
}
// 对每个剩余元素执行给定的操作，直到所有元素都已处理
default void forEachRemaining(Consumer<? super E> action) {
Objects.requireNonNull(action);
while (hasNext())
action.accept(next());
}
}
1.2 Collection接口
- 在add方法加上断点调试
/**
* @Author shu
* @Date: 2022/02/25/ 9:22
* @Description
**/
public class ArrayListTest {
public static void main(String[] args) {
ArrayList<Integer> list =new ArrayList<>();
for (int i = 0; i < 15; i++) {
list.add(i);
}
}
}
public interface Collection<E> extends Iterable<E> {
// 返回集合大小
int size();
// 是否为空
boolean isEmpty();
// 是否包含这个元素
boolean contains(Object o);
// 迭代器
Iterator<E> iterator();
// 转换成数组
Object[] toArray();
// 增加一个元素
boolean add(E e);
// 移除一个元素
boolean remove(Object o);
// 包含一个数组对象
boolean containsAll(Collection<?> c);
// 增加一个数组对象
boolean addAll(Collection<? extends E> c);
// 移除一个数组对象
boolean removeAll(Collection<?> c);
// 并行遍历
@Override
default Spliterator<E> spliterator() {
return Spliterators.spliterator(this, 0);
}
// 流计算
default Stream<E> stream() {
return StreamSupport.stream(spliterator(), false);
}
// 并行流
default Stream<E> parallelStream() {
return StreamSupport.stream(spliterator(), true);
}
}
1.2.1 ArrayList
- 重要参数
// 初始化容器容量
private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
// 空数组
private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};
// 用于默认大小的空实例的共享空数组实例。
private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};
// 缓存数组，用于扩容
transient Object[] elementData; // non-private to simplify nested class access
// 大小
private int size;
- 构造器
// 指定了初始化容量
public ArrayList(int initialCapacity) {
if (initialCapacity > 0) {
this.elementData = new Object[initialCapacity];
} else if (initialCapacity == 0) {
this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
} else {
throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+
initialCapacity);
}
}
// 无参构造器
public ArrayList() {
this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
}
// 指定集合
public ArrayList(Collection<? extends E> c) {
elementData = c.toArray();
if ((size = elementData.length) != 0) {
// c.toArray might (incorrectly) not return Object[] (see 6260652)
if (elementData.getClass() != Object[].class)
elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class);
} else {
// replace with empty array.
this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
}
}
- 扩容过程，ArrayList在调用无参构造方法时创建的是一个长度为0的空数组，当调用add()方法添加元素时，ArrayList才会触发扩容机制
public boolean add(E e) {
// 检查是否扩容
ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!!
elementData[size++] = e;
return true;
}
private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
// 是否为空数组
if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
// 最大值，默认10
minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
}
// 确定是否真正的扩容
ensureExplicitCapacity(minCapacity);
}
private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
// 当前集合修改的次数
modCount++;
// 说明容量不够了
if (minCapacity - elementData.length > 0)
// 进行扩容操作
grow(minCapacity);
}
/**
先将旧容量右移1位，再加上旧容量就得到了新容量，正数右移1位相当于除以2，在该基础上加旧容量，则等价于新容量 = 旧容量 * 1.5，所以才有ArrayList每次扩容为旧容量的1.5倍的说法，最后调用Arrays.copyOf()方法进行拷贝，并将elementData指向新数组，而旧数组因为没有引用指向它，很快就会被垃圾收集器回收掉。
**/
private void grow(int minCapacity) {
// overflow-conscious code
int oldCapacity = elementData.length;
// 位移运算，向右移动以为除以2
// 默认为10 ，新数组容量为10+5=15
int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
if (newCapacity - minCapacity < 0)
newCapacity = minCapacity;
if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
// minCapacity is usually close to size, so this is a win:
// 复制成新数组，保留原来的元素
elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
}
1.2.2 Vector
- 在add方法加上断点调试
package Collection;
import java.util.Vector;
/**
* @Author shu
* @Date: 2022/02/25/ 9:30
* @Description
**/
public class VectorTest {
public static void main(String[] args) {
Vector<Integer> list =new Vector<>();
for (int i = 0; i < 15; i++) {
list.add(i);
}
}
}
- 重要参数
// 缓存数组，用于扩容
protected Object[] elementData;
// 计算缓存数组大小
protected int elementCount;
// 缓存数组大小
protected int capacityIncrement;
- 构造器
// 构造一个具有指定初始容量和容量增量的空向量。
public Vector(int initialCapacity, int capacityIncrement) {
super();
if (initialCapacity < 0)
throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+
initialCapacity);
this.elementData = new Object[initialCapacity];
this.capacityIncrement = capacityIncrement;
}
// 指定了初始化容量
public Vector(int initialCapacity) {
this(initialCapacity, 0);
}
// 无参构造，默认初始化容量为10
public Vector() {
this(10);
}
- 扩容过程
// synchronized关键字修饰，线程安全
public synchronized boolean add(E e) {
// 修改次数
modCount++;
// 是否需要扩容
ensureCapacityHelper(elementCount + 1);
elementData[elementCount++] = e;
return true;
}
// 扩容
private void ensureCapacityHelper(int minCapacity) {
// 计算是否扩容
if (minCapacity - elementData.length > 0)
grow(minCapacity);
}
// 具体扩容过程
private void grow(int minCapacity) {
// overflow-conscious code
int oldCapacity = elementData.length;
// 扩容为原来的两倍
int newCapacity = oldCapacity + ((capacityIncrement > 0) ?
capacityIncrement : oldCapacity);
if (newCapacity - minCapacity < 0)
newCapacity = minCapacity;
if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
// 复制成新数组，保留原来的元素
elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
}
1.2.3 LinkedList
package Collection;
import java.util.LinkedList;
/**
* @Author shu
* @Date: 2022/02/25/ 9:44
* @Description
**/
public class LinkListTest {
public static void main(String[] args) {
LinkedList<Integer> list =new LinkedList<>();
for (int i = 0; i < 15; i++) {
list.add(i);
}
}
}
- 重要属性
private static class Node<E> {
// 节点内容
E item;
// 节点上一个指向
Node<E> next;
// 节点上一个指向
Node<E> prev;
Node(Node<E> prev, E element, Node<E> next) {
this.item = element;
this.next = next;
this.prev = prev;
}
}
transient int size = 0;
// 指向第一个节点的指针。
transient Node<E> first;
// 指向最后一个节点的指针。
transient Node<E> last;
- 基本方法
// 获取第一个元素
public E getFirst() {
final Node<E> f = first;
if (f == null)
throw new NoSuchElementException();
return f.item;
}
// 获取最后一个元素
public E getLast() {
final Node<E> l = last;
if (l == null)
throw new NoSuchElementException();
return l.item;
}
// 移除第一个元素
public E removeFirst() {
final Node<E> f = first;
if (f == null)
throw new NoSuchElementException();
return unlinkFirst(f);
}
// 移除最后一个元素
public E removeLast() {
final Node<E> l = last;
if (l == null)
throw new NoSuchElementException();
return unlinkLast(l);
}
// 增加第一个元素
public void addFirst(E e) {
linkFirst(e);
}
// 增加最后一个元素
public void addLast(E e) {
linkLast(e);
}
// 增加一个元素
public boolean add(E e) {
linkLast(e);
return true;
}
- 基本执行流程
public boolean add(E e) {
linkLast(e);
return true;
}
/**
* Links e as last element.第一次的话，first,next都指向一个node
*/
void linkLast(E e) {
final Node<E> l = last;
final Node<E> newNode = new Node<>(l, e, null);
last = newNode;
if (l == null)
first = newNode;
else
l.next = newNode;
size++;
modCount++;
}
/**
* Unlinks non-null first node f.
*/
private E unlinkFirst(Node<E> f) {
// assert f == first && f != null;
//获取元素信息
final E element = f.item;
// 获取下一个节点元素
final Node<E> next = f.next;
// 赋值为空
f.item = null;
f.next = null; // help GC
// 上一个元素指向一个元素
first = next;
if (next == null)
last = null;
else
next.prev = null;
size--;
modCount++;
return element;
}
1.3 Set接口
public interface Set<E> extends Collection<E> {
// 大小
int size();
// 是否为空
boolean isEmpty();
// 包含元素
boolean contains(Object o);
// 迭代器
Iterator<E> iterator();
// 转换成数组
Object[] toArray();
// 添加元素
boolean add(E e);
// 移除元素
boolean remove(Object o);
boolean containsAll(Collection<?> c);
boolean addAll(Collection<? extends E> c);
boolean retainAll(Collection<?> c);
boolean removeAll(Collection<?> c);
void clear();
boolean equals(Object o);
int hashCode();
@Override
default Spliterator<E> spliterator() {
return Spliterators.spliterator(this, Spliterator.DISTINCT);
}
}
1.3.1 HashSet
package Set;
import java.util.HashSet;
/**
* @Author shu
* @Date: 2022/02/25/ 10:47
* @Description
**/
public class HashSetTest {
public static void main(String[] args) {
HashSet<Object> hashSet = new HashSet<>();
hashSet.add("hhhh");
hashSet.add("bbb");
}
}
- 构造器， 从构造器中可以看出其底层实际是HashMap
public HashSet() {
map = new HashMap<>();
}
public HashSet(Collection<? extends E> c) {
map = new HashMap<>(Math.max((int) (c.size()/.75f) + 1, 16));
addAll(c);
}
public HashSet(int initialCapacity, float loadFactor) {
map = new HashMap<>(initialCapacity, loadFactor);
}
- 基本流程，add方法进行断点调式，添加第一个元素
// 添加方法
public boolean add(E e) {
// PRENTMap 中的对象关联的虚拟值
return map.put(e, PRESENT)==null;
}
public V put(K key, V value) {
return putVal(hash(key), key, value, false, true);
}
// 进行Hash计算
static final int hash(Object key) {
int h;
// 采用位运算，避免指针碰撞
return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
}
final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,
boolean evict) {
Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, i;
// 判断数组是否为空，长度是否为0，是则进行扩容数组初始化
if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
n = (tab = resize()).length;
// 通过hash算法找到数组下标得到数组元素，为空则新建
if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
else {
Node<K,V> e; K k;
// 找到数组元素，hash相等同时key相等，则直接覆盖
if (p.hash == hash &&
((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
e = p;
// 该数组元素在链表长度>8后形成红黑树结构的对象
else if (p instanceof TreeNode)
e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
else {
// 该数组元素hash相等，key不等，同时链表长度<8.进行遍历寻找元素，有就覆盖无则新建
for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
if ((e = p.next) == null) {
// 新建链表中数据元素
p.next = newNode(hash, key, value, null);
if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st
// 链表长度>=8 结构转为 红黑树
treeifyBin(tab, hash);
break;
}
if (e.hash == hash &&
((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
break;
p = e;
}
}
if (e != null) { // existing mapping for key
V oldValue = e.value;
if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
e.value = value;
afterNodeAccess(e);
return oldValue;
}
}
++modCount;
if (++size > threshold)
resize();
afterNodeInsertion(evict);
return null;
}
/**
初始化或加倍表大小。如果为空，则按照字段阈值中保存的初始容量目标进行分配。否则，因为我们使用二次幂展开，每个 bin 中的元素必须保持相同的索引，或者在新表中以二次幂的偏移量移动
**/
final Node<K,V>[] resize() {
Node<K,V>[] oldTab = table;
int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length;
// 临界值=（容量）*（负载因子）
int oldThr = threshold;
int newCap, newThr = 0;
if (oldCap > 0) {
if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) {
threshold = Integer.MAX_VALUE;
return oldTab;
}
else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY &&
oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)
newThr = oldThr << 1; // double threshold
}
else if (oldThr > 0) // initial capacity was placed in threshold
newCap = oldThr;
// 第一次初始化
else {
// table默认16
newCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY;
// 临界值：临界值=（容量）*（负载因子）=16*0.75=12
newThr = (int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY);
}
if (newThr == 0) {
float ft = (float)newCap * loadFactor;
newThr = (newCap < MAXIMUM_CAPACITY && ft < (float)MAXIMUM_CAPACITY ?
(int)ft : Integer.MAX_VALUE);
}
//临界值
threshold = newThr;
@SuppressWarnings({"rawtypes","unchecked"})
Node<K,V>[] newTab = (Node<K,V>[])new Node[newCap];
// 表结构初始化完毕，并返回
table = newTab;
if (oldTab != null) {
for (int j = 0; j < oldCap; ++j) {
Node<K,V> e;
if ((e = oldTab[j]) != null) {
oldTab[j] = null;
if (e.next == null)
newTab[e.hash & (newCap - 1)] = e;
else if (e instanceof TreeNode)
((TreeNode<K,V>)e).split(this, newTab, j, oldCap);
else { // preserve order
Node<K,V> loHead = null, loTail = null;
Node<K,V> hiHead = null, hiTail = null;
Node<K,V> next;
do {
next = e.next;
if ((e.hash & oldCap) == 0) {
if (loTail == null)
loHead = e;
else
loTail.next = e;
loTail = e;
}
else {
if (hiTail == null)
hiHead = e;
else
hiTail.next = e;
hiTail = e;
}
} while ((e = next) != null);
if (loTail != null) {
loTail.next = null;
newTab[j] = loHead;
}
if (hiTail != null) {
hiTail.next = null;
newTab[j + oldCap] = hiHead;
}
}
}
}
}
return newTab;
}
- 添加重复元素
final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,
boolean evict) {
Node<K,V>[] tab;
Node<K,V> p;
int n, i;
if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
n = (tab = resize()).length;
if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
// 重复元素
else {
Node<K,V> e;
K k;
// (1)准备加入的key 和p指向的Node 结点的key 是同一个对象
// (2) p指向的Node 结点的key 的equals()和准备加入的key比较后相同
if (p.hash == hash &&
((k = p.key) == key
|| (key != null && key.equals(k))))
// 将节点
e = p;
// 是不是一颗红黑树
else if (p instanceof TreeNode)
e = ((TreeNode<K,V>)p)
.putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
else
{
// 加入链表后面
// 依次和该链表的每一个元素比较后，都不相同，则加入到该链表的最后
for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
if ((e = p.next) == null) {
p.next = newNode(hash, key, value, null);
if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st
// 是否转成红黑树，table的size大于64
// if (tab == null || (n = tab.length) < MIN_TREEIFY_CAPACITY)
treeifyBin(tab, hash);
break;
}
// 依次和该链表的每六个元素比较过程中，如果有相同情况,就break
if (e.hash == hash &&
((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
break;
p = e;
}
}
// 返回旧数据
if (e != null) { // existing mapping for key
V oldValue = e.value;
if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
e.value = value;
afterNodeAccess(e);
return oldValue;
}
}
++modCount;
if (++size > threshold)
resize();
afterNodeInsertion(evict);
return null;
}
- 首选判断table是否为空，数组长度为空，将会进行第一次初始化。（在实例化HashMap是，并不会进行初始化数组）。
- 进行第一次resize()扩容之后。开始通过hash算法寻址找到数组下标。若数组元素为空，则创建新的数组元素。若数组元素不为空，同时hash相等，key不相等，同时不是TreeNode数据对象，将遍历该数组元素下的链表元素。若找到对应的元素，则覆盖，如果没有找到，就新建元素，放入上一个链表元素的next中，在放入元素之后，如果条件满足"链表元素长度>8"，则将该链表结构转为"红黑树结构"。
- 找到对应的数组元素或者链表元素，同时创建新的数据元素或者覆盖元素之后。如果条件满足元素大小size>允许的最大元素数量threshold，则再一次进行扩容操作。每次扩容操作，新的数组大小将是原始的数组长度的两倍。
- put操作完成。
1.3.2 LinkedHashSet
package Set;
import java.util.LinkedHashSet;
/**
* @Author shu
* @Date: 2022/02/28/ 9:41
* @Description
**/
public class LinkedHashSetTest {
public static void main(String[] args) {
LinkedHashSet<Integer> hashSet=new LinkedHashSet<>();
hashSet.add(1);
hashSet.add(2);
hashSet.add(3);
}
}
- 构造器，我们可以看出LinkHashSet 其实是LinkedHashMap
public LinkedHashSet(int initialCapacity) {
super(initialCapacity, .75f, true);
}
// 初始化容量16 ，负载因子0.75f
public LinkedHashSet() {
super(16, .75f, true);
}
HashSet(int initialCapacity, float loadFactor, boolean dummy) {
map = new LinkedHashMap<>(initialCapacity, loadFactor);
}
- 数据节点类型 Entry
/**
* HashMap.Node subclass for normal LinkedHashMap entries.
*/
static class Entry<K,V> extends HashMap.Node<K,V> {
Entry<K,V> before, after;
Entry(int hash, K key, V value, Node<K,V> next) {
super(hash, key, value, next);
}
}
- 添加元素
// 调用添加方法
public boolean add(E e) {
return map.put(e, PRESENT)==null;
}
// 调用Map添加方法
public V put(K key, V value) {
return putVal(hash(key), key, value, false, true);
}
// 计算Hadh值
static final int hash(Object key) {
int h;
return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
}
真正添加元素
final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,
boolean evict) {
Node<K,V>[] tab;
Node<K,V> p;
int n, i;
if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
n = (tab = resize()).length;
if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
// 重复元素
else {
Node<K,V> e;
K k;
// (1)准备加入的key 和p指向的Node 结点的key 是同一个对象
// (2) p指向的Node 结点的key 的equals()和准备加入的key比较后相同
if (p.hash == hash &&
((k = p.key) == key
|| (key != null && key.equals(k))))
// 将节点
e = p;
// 是不是一颗红黑树
else if (p instanceof TreeNode)
e = ((TreeNode<K,V>)p)
.putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
else
{
// 加入链表后面
// 依次和该链表的每一个元素比较后，都不相同，则加入到该链表的最后
for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
if ((e = p.next) == null) {
p.next = newNode(hash, key, value, null);
if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st
// 是否转成红黑树，table的size大于64
// if (tab == null || (n = tab.length) < MIN_TREEIFY_CAPACITY)
treeifyBin(tab, hash);
break;
}
// 依次和该链表的每六个元素比较过程中，如果有相同情况,就break
if (e.hash == hash &&
((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
break;
p = e;
}
}
// 返回旧数据
if (e != null) { // existing mapping for key
V oldValue = e.value;
if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
e.value = value;
afterNodeAccess(e);
return oldValue;
}
}
++modCount;
if (++size > threshold)
resize();
afterNodeInsertion(evict);
return null;
}
1.3.4 TreeSet
TreeMap：基于红黑二叉树的NavigableMap的实现，线程非安全，不允许null，key不可以重复，value允许重复，存入TreeMap的元素应当实现Comparable接口或者实现Comparator接口，会按照排序后的顺序迭代元素，两个相比较的key不得抛出classCastException。主要用于存入元素的时候对元素进行自动排序，迭代输出的时候就按排序顺序输出
- 构造器
TreeSet(NavigableMap<E,Object> m) {
this.m = m;
}
// 由无参构造器可以看出底层是TreeMap
public TreeSet() {
this(new TreeMap<E,Object>());
}
public TreeSet(Comparator<? super E> comparator) {
this(new TreeMap<>(comparator));
}
- 树节点
static final class Entry<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
K key;
V value;
Entry<K,V> left;
Entry<K,V> right;
Entry<K,V> parent;
boolean color = BLACK;
/**
* Make a new cell with given key, value, and parent, and with
* {@code null} child links, and BLACK color.
*/
Entry(K key, V value, Entry<K,V> parent) {
this.key = key;
this.value = value;
this.parent = parent;
}
}
- 增加方法
public V put(K key, V value) {
//定义一个数节点来保存根元素
Entry<K,V> t = root;
//如果t==null，表明是一个空链表
if (t == null) {
//如果根节点为null，将传入的键值对构造成根节点（根节点没有父节点，所以传入的父节点为null）
root = new Entry<K,V>(key, value, null);
//设置该集合的size为1
size = 1;
//修改此时+1
modCount++;
return null;
}
// 记录比较结果
int cmp;
Entry<K,V> parent;
// 分割比较器和可比较接口的处理
Comparator<? super K> cpr = comparator;
// 有比较器的处理，即采用定制排序
if (cpr != null) {
// do while实现在root为根节点移动寻找传入键值对需要插入的位置
do {
//使用parent上次循环后的t所引用的Entry
// 记录将要被掺入新的键值对将要节点(即新节点的父节点)
parent = t;
// 使用比较器比较父节点和插入键值对的key值的大小
cmp = cpr.compare(key, t.key);
// 插入的key较大
if (cmp < 0)
t = t.left;
// 插入的key较小
else if (cmp > 0)
t = t.right;
// key值相等，替换并返回t节点的value(put方法结束)
else
return t.setValue(value);
} while (t != null);
}
// 没有比较器的处理
else {
// key为null抛出NullPointerException异常
if (key == null)
throw new NullPointerException();
Comparable<? super K> k = (Comparable<? super K>) key;
// 与if中的do while类似，只是比较的方式不同
do {
parent = t;
cmp = k.compareTo(t.key);
if (cmp < 0)
t = t.left;
else if (cmp > 0)
t = t.right;
else
return t.setValue(value);
} while (t != null);
}
// 没有找到key相同的节点才会有下面的操作
// 根据传入的键值对和找到的“父节点”创建新节点
Entry<K,V> e = new Entry<K,V>(key, value, parent);
// 根据最后一次的判断结果确认新节点是“父节点”的左孩子还是又孩子
if (cmp < 0)
parent.left = e;
else
parent.right = e;
// 对加入新节点的树进行调整
fixAfterInsertion(e);
// 记录size和modCount
size++;
modCount++;
// 因为是插入新节点，所以返回的是null
return null;
}
1.4 Map接口
- Map集合是一个双列集合，一个元素包含两个值(一个key,一个value)
- Map集合中的元素,key和value的数据类型可以相同，也可以不同
- Map集合中的元素,key不允许重复，value可以重复
- Map集合中的元素,key和value是一一对应的
- Map为了方便程序员的遍历，还会创建 EntrySet集合，该集合存放的元素的类型 Entry，而一个Entry对象就有k,v EntrySet<Entry<K,V>>即: transient Set<Map.Entry<K,V>> entrySet
1.4.1 HashMap
package Map;
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
/**
* @Author shu
* @Version 1.0
* @Date: 2022/04/16/ 14:05
* @Description debug测试
**/
public class HashMapTest {
public static void main(String[] args) {
Map<String,Integer> map=new HashMap<String,Integer>();
map.put("1",101);
map.put("2",102);
}
}
- 构造器
/**
* The default initial capacity - MUST be a power of two.
*/
static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; // aka 16
* The load factor used when none specified in constructor.
*/
static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;
/**
* Constructs an empty <tt>HashMap</tt> with the specified initial
* capacity and the default load factor (0.75).
*
* @param initialCapacity the initial capacity.
* @throws IllegalArgumentException if the initial capacity is negative.
*/
public HashMap(int initialCapacity) {
this(initialCapacity, DEFAULT_LOAD_FACTOR);
}
/**
* Constructs an empty <tt>HashMap</tt> with the default initial capacity
* (16) and the default load factor (0.75).
*/
public HashMap() {
this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR; // all other fields defaulted
}
- 增加过程
// 调用put方法
public V put(K key, V value) {
return putVal(hash(key), key, value, false, true);
}
//
真正添加元素
final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,
boolean evict) {
Node<K,V>[] tab;
Node<K,V> p;
int n, i;
// 默认初始容量16
if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
n = (tab = resize()).length;
// 是否在tab表中存在该值
if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
// 不存在该值直接添加
tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
// 在tab表中存在该值
else {
Node<K,V> e;
K k;
// 如果加入该值的Hash值相等且key相等，就替换原来的的key对应的值
if (p.hash == hash &&
((k = p.key) == key
|| (key != null && key.equals(k))))
// 将节点
e = p;
// 是不是一颗红黑树
else if (p instanceof TreeNode)
// 进添加到树节点中
e = ((TreeNode<K,V>)p)
.putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
else
{
// 加入链表后面
// 依次和该链表的每一个元素比较后，都不相同，则加入到该链表的最后
for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
if ((e = p.next) == null) {
p.next = newNode(hash, key, value, null);
if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st
// 是否转成红黑树，table的size大于64
// if (tab == null || (n = tab.length) < MIN_TREEIFY_CAPACITY)
treeifyBin(tab, hash);
break;
}
// 依次和该链表的每六个元素比较过程中，如果有相同情况,就break
if (e.hash == hash &&
((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
break;
p = e;
}
}
// 返回旧数据
if (e != null) { // existing mapping for key
V oldValue = e.value;
if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
e.value = value;
afterNodeAccess(e);
return oldValue;
}
}
++modCount;
// 看大小是否达到阈值
if (++size > threshold)
resize();
afterNodeInsertion(evict);
return null;
}
- 进行树化
final void treeifyBin(Node<K,V>[] tab, int hash) {
int n, index; Node<K,V> e;
if (tab == null || (n = tab.length) < MIN_TREEIFY_CAPACITY)
resize();
else if ((e = tab[index = (n - 1) & hash]) != null) {
TreeNode<K,V> hd = null, tl = null;
do {
TreeNode<K,V> p = replacementTreeNode(e, null);
if (tl == null)
hd = p;
else {
p.prev = tl;
tl.next = p;
}
tl = p;
} while ((e = e.next) != null);
if ((tab[index] = hd) != null)
hd.treeify(tab);
}
}
1.4.2 HashTable
- 构造器 ,初始化容量为11，阈值8
// 使用指定的初始容量和默认加载因子 (0.75) 构造一个新的空哈希表。
public Hashtable() {
this(11, 0.75f);
}
// 使用指定的初始容量和指定的负载因子构造一个新的空哈希表。
public Hashtable(int initialCapacity, float loadFactor) {
if (initialCapacity < 0)
throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+
initialCapacity);
if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor))
throw new IllegalArgumentException("Illegal Load: "+loadFactor);
if (initialCapacity==0)
initialCapacity = 1;
this.loadFactor = loadFactor;
table = new Entry<?,?>[initialCapacity];
threshold = (int)Math.min(initialCapacity * loadFactor, MAX_ARRAY_SIZE + 1);
}
// 构造一个与给定 Map 具有相同映射的新哈希表。哈希表的初始容量足以容纳给定 Map 中的映射和默认加载因子 (0.75)
public Hashtable(Map<? extends K, ? extends V> t) {
this(Math.max(2*t.size(), 11), 0.75f);
putAll(t);
}
- 添加方法
// 指定key映射到此哈希表中的指定value 。键和值都不能为null 。
可以通过使用与原始键相同的键调用get方法来检索该值。
public synchronized V put(K key, V value) {
// 先判断值不能为Null
// Make sure the value is not null
if (value == null) {
throw new NullPointerException();
}
// 确报key的Hash值唯一
Entry<?,?> tab[] = table;
int hash = key.hashCode();
int index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;
@SuppressWarnings("unchecked")
Entry<K,V> entry = (Entry<K,V>)tab[index];
// 判断是否重复值
for(; entry != null ; entry = entry.next) {
// 交换值
if ((entry.hash == hash) && entry.key.equals(key)) {
V old = entry.value;
entry.value = value;
return old;
}
}
// 增加到HashTable$Entry中
addEntry(hash, key, value, index);
return null;
}
// 添加元素
private void addEntry(int hash, K key, V value, int index) {
modCount++;
Entry<?,?> tab[] = table;
// 是否大于阈值，需要扩容
if (count >= threshold) {
// Rehash the table if the threshold is exceeded
rehash();
tab = table;
hash = key.hashCode();
index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;
}
// 真正的添加动作
// Creates the new entry.
@SuppressWarnings("unchecked")
Entry<K,V> e = (Entry<K,V>) tab[index];
tab[index] = new Entry<>(hash, key, value, e);
count++;
}
//增加此哈希表的容量并在内部重新组织此哈希表，以便更有效地容纳和访问其条目。当哈希表中的键数超过此哈希表的容量和负载因子时，将自动调用此方法。
protected void rehash() {
int oldCapacity = table.length;
Entry<?,?>[] oldMap = table;
// 新数组的容量=旧数组长度*2+1
int newCapacity = (oldCapacity << 1) + 1;
// 保证新数组的大小永远小于等于MAX_ARRAY_SIZE
// MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8
if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0) {
if (oldCapacity == MAX_ARRAY_SIZE)
return;
newCapacity = MAX_ARRAY_SIZE;
}
// 创建新数组
Entry<?,?>[] newMap = new Entry<?,?>[newCapacity];
modCount++;
// 计算新的临界值
threshold = (int)Math.min(newCapacity * loadFactor, MAX_ARRAY_SIZE + 1);
table = newMap;
// 将旧数组中的元素迁移到新数组中
for (int i = oldCapacity ; i-- > 0 ;) {
for (Entry<K,V> old = (Entry<K,V>)oldMap[i] ; old != null ; ) {
Entry<K,V> e = old;
old = old.next;
//计算新数组下标
int index = (e.hash & 0x7FFFFFFF) % newCapacity;
// 头插法的方式迁移旧数组的元素
e.next = (Entry<K,V>)newMap[index];
newMap[index] = e;
}
}
}
- Hashtable扩容的数组长度是旧数组长度乘以2加1
- Hashtable采用取模的方式来计算数组下标，同时数组的长度尽量为素数或者奇数，这样的目的是为了减少Hash碰撞，计算出来的数组下标更加分散，让元素均匀的分布在数组各个位置。
- 与HashMap不同的是。在扩容时Hashtable采用头插法的方式迁移数据，使用头插法效率会更高。因为头插法减少了遍历链表的时间，效率更高。
- 虽然rehash()方法没有被synchronized修饰，这并不意味着rehash()方法非线程安全，这是因为所有调用rehash()的方法均被synchronized修饰。
- 所以即使HashMap因为线程安全问题在JDK1.8抛弃了头插法而采用高地位平移算法，Hashtable在JDK1.8仍采用头插法迁移元素，因为Hashtable为了线程安全而设计，不会存在HashMap类似的问题。
- Hashtable处于一个比较尴尬的位置，以至于官方也推荐如果不考虑线程安全，建议使用HashMap，如果考虑到同步效率，建议使用ConcurrentHashMap。
1.4.3 TreeMap
** **TreeMap继承AbstractMap，实现NavigableMap、Cloneable、Serializable三个接口。其中AbstractMap表明TreeMap为一个Map即支持key-value的集合， NavigableMap（更多）则意味着它支持一系列的导航方法，具备针对给定搜索目标返回最接近匹配项的导航方法 。
原理同上TreeSet
