HashMap和HashSet
一）HashMap
1.Map接口
interface Map<K,V> {
int size();//查看Map中的键值对个数
boolean isEmpty();//是否为空
boolean containsKey(Object key);//是否包含某个键
boolean containsValue(Object value);//是否包含某个值
V get(Object key);//根据键获取值，没找到返回null
V put(K key, V value);//保存键值对，如果原来有key，则覆盖并返回原来的值，原来没有这个键返回null
V remove(Object key);//根据键删除键值对，返回key原来的值，如果不存在，返回null
void putAll(Map<? extends K,? extends V> m);//保存m中所有的键值对到当前map
void clear();//清空Map中的所有键值对
Set<K> keySet();//获取Map中所有键的集合
Collection<V> values();//获取Map中所有值的集合
Set<Map.Entry<K, V>> entrySet();//获取Map中所有的键值对
interface Entry<K,V> { //嵌套接口表示一个键值对
K getKey();//获取键
V getValue();//获取值
V setValue(V value);//设置值
boolean equals(Object o);
int hashCode();
}
boolean equals(Object o);
int hashCode();
}
keySet()、values()、entrySet()有一个共同特点，它们返回的都是视图，
不是复制值，基于返回值的修改都会修改Map自身。例如：
map.keySet().clear();//会删除所有键值对
2.HashMap
构造方法：
public HashMap(int initialCapacity)
public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor)
public HashMap(Map<? extends K, ? extends V> m)
主要实例变量：
static final Entry<?,?>[] EMPTY_TABLE = {};
//table是一个Entry类型的数组，称为哈希表或者哈希桶，
//其中每个元素指向一个单向链表，链表中的每个节点表示一个键值对
transient Entry<K,V>[] table = (Entry<K,V>[]) EMPTY_TABLE;
transient int size; //实际键值对个数
int threshold;//表示阈值，当键值对个数size大等于该值时考虑扩展 threshold = table.length * loadFactor
final float loadFactor;
Entry是一个内部类，构造方法：
static class Entry<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
final K key;
V value;
Entry<K,V> next; //指向下一个节点
int hash; //key的hash值
Entry(int h, K k, V v, Entry<K,V> n) {
value = v;
next = n;
key = k;
hash = h; //存储hash值是为了在比较的时候加快速度
}
}
当添加键值对后，table就不是空表了，它会随着键值对的添加进行扩展，扩展的策略类似于ArrayList.
默认构造方法：
public HashMap() {
this(DEFAULT_INITIAL_CAPACITY, DEFAULT_LOAD_FACTOR);
}
//其中DEFAULT_INITIAL_CAPACITY=16，DEFAULT_LOAD_FACTOR=0.75
调用了：
public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {
this.loadFactor = loadFactor;
threshold = initialCapacity;
}
put方法：
public V put(K key, V value) {
if(table == EMPTY_TABLE) {
inflateTable(threshold);
}
if(key == null)
return putForNullKey(value);
int hash = hash(key); //计算key的hash值
int i = indexFor(hash, table.length); //计算应该将这个键值对放入table中的哪个位置
//注意table是一个单向链表，现在在这个链表中查找是否已经有这个键
for(Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) {
Object k;
if(e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {
V oldValue = e.value;
e.value = value;
e.recordAccess(this);
return oldValue;
}
}
modCount++;
addEntry(hash, key, value, i);
return null;
}
final int hash(Object k) {
int h = 0
h ^= k.hashCode();
h ^= (h >>> 20) ^ (h >>> 12);
return h ^ (h >>> 7) ^ (h >>> 4);
}
static int indexFor(int h, int length) {
return h & (length-1);//等同于h%length
}
如果是第一个保存，先调用inflateTable方法给table分配空间：
private void inflateTable(int toSize) {
//Find a power of 2 >= toSize
int capacity = roundUpToPowerOf2(toSize); //capacity的默认值为16
threshold = (int) Math.min(capacity * loadFactor, MAXIMUM_CAPACITY + 1); //默认为12
table = new Entry[capacity];
}
void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
if((size >= threshold) && (null != table[bucketIndex])) {
resize(2 * table.length);
hash = (null != key) ? hash(key) : 0;
bucketIndex = indexFor(hash, table.length);
}
createEntry(hash, key, value, bucketIndex);
}
void createEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
Entry<K,V> e = table[bucketIndex];
table[bucketIndex] = new Entry<>(hash, key, value, e);
size++;
}
总结保存键值对过程：
1）计算键的哈希值
2）根据哈希值得到保存位置
3）插到对应位置的链表头部或更新已有值
4）根据需要扩展table大小
例子：
Map<String,Integer> countMap = new HashMap<>();
countMap.put("hello", 1);
countMap.put("world", 3);
countMap.put("position", 4);
3.查找方法
public V get(Object key) {
if(key == null)
return getForNullKey();
Entry<K,V> entry = getEntry(key);
return null == entry ? null : entry.getValue();
}
final Entry<K,V> getEntry(Object key) {
if(size == 0) {
return null;
}
//把key转换位hash值
int hash = (key == null) ? 0 : hash(key);
//再把hash值换算为索引位置，快速查找
for(Entry<K,V> e = table[indexFor(hash, table.length)];e != null; e = e.next) {
Object k;
if(e.hash == hash &&
((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
return e;
}
return null;
}
containsKey()方法逻辑与之类似：
public boolean containsKey(Object key) {
return getEntry(key) != null;
}
HashMap可以方便高效地按键进行操作，但如果要按值进行操作，就要进行遍历：
public boolean containsValue(Object value) {
if(value == null)
return containsNullValue();
Entry[] tab = table;
for(int i = 0; i < tab.length ; i++)
for(Entry e = tab[i] ; e != null ; e = e.next)
if(value.equals(e.value))
return true;
return false;
}
4.按键删除键值对
public V remove(Object key) {
Entry<K,V> e = removeEntryForKey(key);
return(e == null ? null : e.value);
}
final Entry<K,V> removeEntryForKey(Object key) {
if(size == 0) {
return null;
}
int hash = (key == null) ? 0 : hash(key);
int i = indexFor(hash, table.length);
Entry<K,V> prev = table[i];
Entry<K,V> e = prev;
while(e != null) {
Entry<K,V> next = e.next;
Object k;
if(e.hash == hash &&
((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) {
modCount++;
size--;
if(prev == e)
table[i] = next;
else
prev.next = next;
e.recordRemoval(this);
return e;
}
prev = e;
e = next;
}
return e;
}
5.实现原理总结
1）根据键获取和保存值的效率都很高，为O(1)，单向链表往往只有一个或
少数几个节点，根据hash值就可以快速直接定位;
2）HashMap中的键值对没有顺序，因为hash值是随机的。
注意，HashMap不是线程安全的，Java中还有一个类HashTable，它是Java最早实现的
容器类之一，实现了Map接口，实现原理与HashMap类似，但没有特别优化，它内部通过
synchronized实现了线程安全。另外，在HashMap中键和值都可以为null，而在HashTable
中不可以。在不需要并发安全的场景中推荐使用HashMap。高并发场景中，推荐使用ConcurrentHashMap。
根据哈希值存取对象、比较对象是计算机程序中的一种重要思维方式，它使得存取对象主要依赖于自身
的哈希值，而不是与其他对象进行比较，存取效率也与集合大小无关，高达O(1),即使是进行比较，也能
比较Hash值提高比较效率。
二）HashSet
1.概述
HashSet实现了Set接口。
Set接口表示的是没有重复元素，且不保证顺序的容器的接口，它扩展自Collection，
虽然没有定义任何新方法，不过对于其中的一些方法，它有自己的规范。
public interface Set<E> extends Collection<E> {
int size();
boolean isEmpty();
boolean contains(Object o);
//迭代遍历时不强制要求元素之间有特别的顺序
//但某些Set实现可能有顺序，比如ThreeSet
Iterator<E> iterator();
Object[] toArray();
<T> T[] toArray(T[] a);
//添加元素时，如果集合中已经存在相同元素了，则不会改变集合，直接返回false
//只有不存在时才会添加，返回true
boolean add(E e);
boolean remove(Object o);
boolean containsAll(Collection<?> c);
//重复的元素不添加，不重复的元素才添加，如果集合有变化，返回true
boolean addAll(Collection<? extends E> c);
boolean retainAll(Collection<?> c);
boolean removeAll(Collection<?> c);
void clear();
boolean equals(Object o);
int hashCode();
}
构造方法与HashMap类似：
public HashSet()
public HashSet(int initialCapacity)
public HashSet(int initialCapacity, float loadFactor)
public HashSet(Collection<? extends E> c)
与HashMap类似，HashSet要求元素重写hashCode与equals方法，且对于两个对象，
如果equals相同，则hashCode也必须相同。如果元素是自定义类特别要注意这一点。
public class Dog {
private String name;
private int number;
public Dog(String name, int number) {
this.name = name;
this.number = number;
}
@Override
public String toString() {
return "Name: " + name + " Number: " + number;
}
}
Dog a = new Dog("King", 110);
Dog b = new Dog("King", 110);
HashSet<Dog> dogs = new HashSet<>();
dogs.add(a);
dogs.add(b);
System.out.println("The set is " + dogs);
//The set is [Name: King Number: 110, Name: King Number: 110]
2.实现原理
HashSet内部是用HashMap实现的，其内部有一个HashMap实例变量：
private transient HashMap<E,Object> map;
Map有键和值，HashSet相当于只有键，值都是相同的固定值，这个值定义为：
private static final Object PRESENT = new Object();
构造方法：
public HashSet() {
map = new HashMap<>();
}
public HashSet(int initialCapacity, float loadFactor) {
map = new HashMap<>(initialCapacity, loadFactor);
}
public HashSet(Collection<? extends E> c) {
map = new HashMap<>(Math.max((int) (c.size()/.75f) + 1, 16));
addAll(c);
}
add方法：
public boolean add(E e) {
return map.put(e, PRESENT)==null;
}
检查是否包含：
public boolean contains(Object o) {
return map.containsKey(o);
}
删除：
public boolean remove(Object o) {
return map.remove(o)==PRESENT;
}
迭代器：
public Iterator<E> iterator() {
return map.keySet().iterator();
}
3.HashSet特点总结
1）没有重复元素
2）没有顺序
3）可以高效地添加，删除，判断元素是否存在