Java-Coollections Fraamewark学習とまとめ-HashMap
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開発にはしばしばこのようなデータ構造が使われます.キーワードによって必要な情報が見つかります.この過程は辞書を引いて、キーを持って、辞書表の中で対応するvalueを探します.Java 1.0バージョンは、このようなクラスjava.util.Dictionary(抽象クラス)を提供しており、基本的には辞書表の動作をサポートしている.その後,Mapインターフェースを導入し,このようなデータ構造をより良く記述した.
一つのMapに複数のK-Vペアが含まれています.Keyは重複できません.一つのキーは最大で一つのValueにしか写せませんが、複数のキーは同じValueにマッピングできます.Mapはまた、3つのセットビューを提供します.Keyセット、Valueセット、Key-Valueセット.
私たちがよく使う一つの実現はjava.util.hashMapです.その名の通り、このような実現はリストを割ることです.じゃ、リストとは何ですか?まず間違いなく一つの表です.これまでまとめた表は行列またはチェーンで実現できます.私たちはまず配列をリストの「表」と見なし、現在の配列にいくつかのデータがあると仮定します.あるキーワードでこの配列の中で直接に値を指定します.このキーワードは番号と名前かもしれません.つまり私たちには意味のある標識です.しかし、配列はどのようにしてあるデータに位置しますか?下付きしかないですこれは問題が発生しました.私たちはどのように意味のある標識を下の標識に変えますか?この変換プロセスを完了する関数を書くことができます.この関数はハッシュ関数と考えられます.
簡単にするために、まずkeyはint型の整数であると仮定します.いくつかのkey:{3,6,7}があれば、配列int[10].これらの前提があります.まず一番簡単なハッシュ関数をください.
結論として、ハッシュ関数の目的は、異なるキーワードを表に均一にハッシュすることであり、ハッシュは均一であればあるほど性能が良い.性能は、ハッシュ表を挿入、削除、検索する時間の複雑さで測定することができます.
java.util.hashMap内部のハッシュ関数はどうなりますか?HashMapの内部はどうやってハッシュの衝突を解消しますか?HashMap内部の時計は拡張されますか?これらの問題を持って、HashMapのソースコードを見に来ました.
クローンは、順序付けされています.Mapインターフェースを実現しました.AbstractMapでは、骨格方法がいくつか実現されています.分かりやすく、見なくなります.
ここに資料がありますは参考になる.
ハッシュテーブルは、動作定数の平均時間を追加、削除、検索する性能を提供します.私たちは先に追加されたコードを見ます.
putの方法を引き続き見て、次の行はint hash=hash(key.hashCode)です.ああここでkeyのhashCodeメソッドを呼び出しました.JavaのObject類ではhashCodeの方法が提供されていますので、keyの種類にかかわらず、int型のhashCodeがあります.前の面接でObjectのhashCodeの役割は何ですか?この役割ですか?このようにして、クラスに良いhashCodeの方法を提供することは重要であり、例えば直接に1に戻るような巨大で弱いhashCodeの方法を提供すると仮定する.このような大量のオブジェクトをkeyとしてHashMapに入れた結果、すべてのデータが1つの桶に入れられ、一方向チェーンが形成され、削除や検索操作の性能が著しく低下しました.引き続き下を見て、int i=indexFor(hash、table.length)は、前のステップで得られたhash値で表の下付きを決定します.後の操作はputForNullKeyと同じです.該当するシングルチェーンを遍歴して、見つけたらカバーして、見つけられないならEntryを作成します.
put方法の分析があって、get方法も分かりやすくなりました.
時間がかかる操作containsValueに注意してください.
もう一度見てください.HashMapの内部表はどのように拡大されていますか?追加時に現在の表のデータとthreshldを比較し、拡大するかどうかを決定します.
内部テーブルに対する負荷係数の影響に注意してください.小さな負荷係数が0.5 fあると、内部テーブルのデータの個数が表容量の半分に達すると、拡大されます.これは間違いなく多くの空間を浪費しましたが、換えてきたのは検索と削除の性能です.リストの空間が大きいので、各バケツのチェーンの平均長さが短くなります.一方、検索操作に時間がかかります.最悪の場合はハッシュ値を計算するのにかかる定数時間と、バケツを巡回するチェーンの時間がかかります.逆に大きな負荷係数は、一定の空間的無駄を減らすが、検索と削除の平均動作時間を増やす.したがって、自分で負荷係数と容量を設定するには、実際のコンテキスト環境に応じて適切なサイズを選択する必要があります.
以上の分析があります.HashMap内部のディズエターHashIteratorも分かりやすいです.ここでは分析しません.
最後にまとめてみます.HashMapは、散リストに基づいて実現されるキーパッドのセットを表すツールであり、keyによる追加、検索、削除操作については、平均定数時間の性能を提供しています.最後に注意してください.スレッドが安全ではないです.
一つのMapに複数のK-Vペアが含まれています.Keyは重複できません.一つのキーは最大で一つのValueにしか写せませんが、複数のキーは同じValueにマッピングできます.Mapはまた、3つのセットビューを提供します.Keyセット、Valueセット、Key-Valueセット.
public interface Map<K,V> {
int size();
boolean isEmpty();
boolean containsKey(Object key);
boolean containsValue(Object value);
V get(Object key);
V put(K key, V value);
V remove(Object key);
void putAll(Map<? extends K, ? extends V> m);
void clear();
Set<K> keySet();
Collection<V> values();
Set<Map.Entry<K, V>> entrySet();
boolean equals(Object o);
int hashCode();
interface Entry<K,V> {
K getKey();
V getValue();
V setValue(V value);
boolean equals(Object o);
int hashCode();
}
}
私たちがよく使う一つの実現はjava.util.hashMapです.その名の通り、このような実現はリストを割ることです.じゃ、リストとは何ですか?まず間違いなく一つの表です.これまでまとめた表は行列またはチェーンで実現できます.私たちはまず配列をリストの「表」と見なし、現在の配列にいくつかのデータがあると仮定します.あるキーワードでこの配列の中で直接に値を指定します.このキーワードは番号と名前かもしれません.つまり私たちには意味のある標識です.しかし、配列はどのようにしてあるデータに位置しますか?下付きしかないですこれは問題が発生しました.私たちはどのように意味のある標識を下の標識に変えますか?この変換プロセスを完了する関数を書くことができます.この関数はハッシュ関数と考えられます.
簡単にするために、まずkeyはint型の整数であると仮定します.いくつかのkey:{3,6,7}があれば、配列int[10].これらの前提があります.まず一番簡単なハッシュ関数をください.
public int hash(int k){
return k;
}
public int hash(int k){
return k % table.length;
}
結論として、ハッシュ関数の目的は、異なるキーワードを表に均一にハッシュすることであり、ハッシュは均一であればあるほど性能が良い.性能は、ハッシュ表を挿入、削除、検索する時間の複雑さで測定することができます.
java.util.hashMap内部のハッシュ関数はどうなりますか?HashMapの内部はどうやってハッシュの衝突を解消しますか?HashMap内部の時計は拡張されますか?これらの問題を持って、HashMapのソースコードを見に来ました.
public class HashMap<K,V>
extends AbstractMap<K,V>
implements Map<K,V>, Cloneable, Serializable
{
クローンは、順序付けされています.Mapインターフェースを実現しました.AbstractMapでは、骨格方法がいくつか実現されています.分かりやすく、見なくなります.
/**
* The default initial capacity - MUST be a power of two.
*/
static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 16;
/**
* The maximum capacity, used if a higher value is implicitly specified
* by either of the constructors with arguments.
* MUST be a power of two <= 1<<30.
*/
static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;
/**
* The load factor used when none specified in constructor.
*/
static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;
/**
* The table, resized as necessary. Length MUST Always be a power of two.
*/
transient Entry[] table;
/**
* The number of key-value mappings contained in this map.
*/
transient int size;
/**
* The next size value at which to resize (capacity * load factor).
* @serial
*/
int threshold;
/**
* The load factor for the hash table.
*
* @serial
*/
final float loadFactor;
/**
* The number of times this HashMap has been structurally modified
* Structural modifications are those that change the number of mappings in
* the HashMap or otherwise modify its internal structure (e.g.,
* rehash). This field is used to make iterators on Collection-views of
* the HashMap fail-fast. (See ConcurrentModificationException).
*/
transient volatile int modCount;
static class Entry<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
final K key;
V value;
Entry<K,V> next;
final int hash;
/**
* Constructs an empty <tt>HashMap</tt> with the specified initial
* capacity and load factor.
*
* @param initialCapacity the initial capacity
* @param loadFactor the load factor
* @throws IllegalArgumentException if the initial capacity is negative
* or the load factor is nonpositive
*/
public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {
if (initialCapacity < 0)
throw new IllegalArgumentException("Illegal initial capacity: " +
initialCapacity);
if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY)
initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY;
if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor))
throw new IllegalArgumentException("Illegal load factor: " +
loadFactor);
// Find a power of 2 >= initialCapacity
int capacity = 1;
while (capacity < initialCapacity)
capacity <<= 1;
this.loadFactor = loadFactor;
threshold = (int)(capacity * loadFactor);
table = new Entry[capacity];
init();
}
/**
* 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;
threshold = (int)(DEFAULT_INITIAL_CAPACITY * DEFAULT_LOAD_FACTOR);
table = new Entry[DEFAULT_INITIAL_CAPACITY];
init();
}
/**
* Constructs a new <tt>HashMap</tt> with the same mappings as the
* specified <tt>Map</tt>. The <tt>HashMap</tt> is created with
* default load factor (0.75) and an initial capacity sufficient to
* hold the mappings in the specified <tt>Map</tt>.
*
* @param m the map whose mappings are to be placed in this map
* @throws NullPointerException if the specified map is null
*/
public HashMap(Map<? extends K, ? extends V> m) {
this(Math.max((int) (m.size() / DEFAULT_LOAD_FACTOR) + 1,
DEFAULT_INITIAL_CAPACITY), DEFAULT_LOAD_FACTOR);
putAllForCreate(m);
}
// internal utilities
/**
* Initialization hook for subclasses. This method is called
* in all constructors and pseudo-constructors (clone, readObject)
* after HashMap has been initialized but before any entries have
* been inserted. (In the absence of this method, readObject would
* require explicit knowledge of subclasses.)
*/
void init() {
}
/**
* Applies a supplemental hash function to a given hashCode, which
* defends against poor quality hash functions. This is critical
* because HashMap uses power-of-two length hash tables, that
* otherwise encounter collisions for hashCodes that do not differ
* in lower bits. Note: Null keys always map to hash 0, thus index 0.
*/
static int hash(int h) {
// This function ensures that hashCodes that differ only by
// constant multiples at each bit position have a bounded
// number of collisions (approximately 8 at default load factor).
h ^= (h >>> 20) ^ (h >>> 12);
return h ^ (h >>> 7) ^ (h >>> 4);
}
/**
* Returns index for hash code h.
*/
static int indexFor(int h, int length) {
return h & (length-1);
}
int 32=2 5
789 = 00000000000000000000001100010101
789 & (32-1)
= 00000000000000000000000000010101
-614 & (32-1)
-614 = 11111111111111111111110110011010
= 00000000000000000000000000011010
ここに資料がありますは参考になる.
ハッシュテーブルは、動作定数の平均時間を追加、削除、検索する性能を提供します.私たちは先に追加されたコードを見ます.
/**
* Associates the specified value with the specified key in this map.
* If the map previously contained a mapping for the key, the old
* value is replaced.
*
* @param key key with which the specified value is to be associated
* @param value value to be associated with the specified key
* @return the previous value associated with <tt>key</tt>, or
* <tt>null</tt> if there was no mapping for <tt>key</tt>.
* (A <tt>null</tt> return can also indicate that the map
* previously associated <tt>null</tt> with <tt>key</tt>.)
*/
public V put(K key, V value) {
if (key == null)
return putForNullKey(value);
int hash = hash(key.hashCode());
int i = indexFor(hash, table.length);
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;
}
/**
* Offloaded version of put for null keys
*/
private V putForNullKey(V value) {
for (Entry<K,V> e = table[0]; e != null; e = e.next) {
if (e.key == null) {
V oldValue = e.value;
e.value = value;
e.recordAccess(this);
return oldValue;
}
}
modCount++;
addEntry(0, null, value, 0);
return null;
}
/**
* Adds a new entry with the specified key, value and hash code to
* the specified bucket. It is the responsibility of this
* method to resize the table if appropriate.
*
* Subclass overrides this to alter the behavior of put method.
*/
void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
Entry<K,V> e = table[bucketIndex];
table[bucketIndex] = new Entry<K,V>(hash, key, value, e);
if (size++ >= threshold)
resize(2 * table.length);
}
putの方法を引き続き見て、次の行はint hash=hash(key.hashCode)です.ああここでkeyのhashCodeメソッドを呼び出しました.JavaのObject類ではhashCodeの方法が提供されていますので、keyの種類にかかわらず、int型のhashCodeがあります.前の面接でObjectのhashCodeの役割は何ですか?この役割ですか?このようにして、クラスに良いhashCodeの方法を提供することは重要であり、例えば直接に1に戻るような巨大で弱いhashCodeの方法を提供すると仮定する.このような大量のオブジェクトをkeyとしてHashMapに入れた結果、すべてのデータが1つの桶に入れられ、一方向チェーンが形成され、削除や検索操作の性能が著しく低下しました.引き続き下を見て、int i=indexFor(hash、table.length)は、前のステップで得られたhash値で表の下付きを決定します.後の操作はputForNullKeyと同じです.該当するシングルチェーンを遍歴して、見つけたらカバーして、見つけられないならEntryを作成します.
put方法の分析があって、get方法も分かりやすくなりました.
/**
* Returns the value to which the specified key is mapped,
* or {@code null} if this map contains no mapping for the key.
*
* <p>More formally, if this map contains a mapping from a key
* {@code k} to a value {@code v} such that {@code (key==null ? k==null :
* key.equals(k))}, then this method returns {@code v}; otherwise
* it returns {@code null}. (There can be at most one such mapping.)
*
* <p>A return value of {@code null} does not <i>necessarily</i>
* indicate that the map contains no mapping for the key; it's also
* possible that the map explicitly maps the key to {@code null}.
* The {@link #containsKey containsKey} operation may be used to
* distinguish these two cases.
*
* @see #put(Object, Object)
*/
public V get(Object key) {
if (key == null)
return getForNullKey();
int hash = hash(key.hashCode());
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.equals(k)))
return e.value;
}
return null;
}
/**
* Offloaded version of get() to look up null keys. Null keys map
* to index 0. This null case is split out into separate methods
* for the sake of performance in the two most commonly used
* operations (get and put), but incorporated with conditionals in
* others.
*/
private V getForNullKey() {
for (Entry<K,V> e = table[0]; e != null; e = e.next) {
if (e.key == null)
return e.value;
}
return null;
}
/**
* Removes the mapping for the specified key from this map if present.
*
* @param key key whose mapping is to be removed from the map
* @return the previous value associated with <tt>key</tt>, or
* <tt>null</tt> if there was no mapping for <tt>key</tt>.
* (A <tt>null</tt> return can also indicate that the map
* previously associated <tt>null</tt> with <tt>key</tt>.)
*/
public V remove(Object key) {
Entry<K,V> e = removeEntryForKey(key);
return (e == null ? null : e.value);
}
/**
* Removes and returns the entry associated with the specified key
* in the HashMap. Returns null if the HashMap contains no mapping
* for this key.
*/
final Entry<K,V> removeEntryForKey(Object key) {
int hash = (key == null) ? 0 : hash(key.hashCode());
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;
}
時間がかかる操作containsValueに注意してください.
/**
* Returns <tt>true</tt> if this map maps one or more keys to the
* specified value.
*
* @param value value whose presence in this map is to be tested
* @return <tt>true</tt> if this map maps one or more keys to the
* specified value
*/
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;
}
/**
* Special-case code for containsValue with null argument
*/
private boolean containsNullValue() {
Entry[] tab = table;
for (int i = 0; i < tab.length ; i++)
for (Entry e = tab[i] ; e != null ; e = e.next)
if (e.value == null)
return true;
return false;
}
もう一度見てください.HashMapの内部表はどのように拡大されていますか?追加時に現在の表のデータとthreshldを比較し、拡大するかどうかを決定します.
void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
Entry<K,V> e = table[bucketIndex];
table[bucketIndex] = new Entry<K,V>(hash, key, value, e);
if (size++ >= threshold)
resize(2 * table.length);
}
/**
* Rehashes the contents of this map into a new array with a
* larger capacity. This method is called automatically when the
* number of keys in this map reaches its threshold.
*
* If current capacity is MAXIMUM_CAPACITY, this method does not
* resize the map, but sets threshold to Integer.MAX_VALUE.
* This has the effect of preventing future calls.
*
* @param newCapacity the new capacity, MUST be a power of two;
* must be greater than current capacity unless current
* capacity is MAXIMUM_CAPACITY (in which case value
* is irrelevant).
*/
void resize(int newCapacity) {
Entry[] oldTable = table;
int oldCapacity = oldTable.length;
if (oldCapacity == MAXIMUM_CAPACITY) {
threshold = Integer.MAX_VALUE;
return;
}
Entry[] newTable = new Entry[newCapacity];
transfer(newTable);
table = newTable;
threshold = (int)(newCapacity * loadFactor);
}
/**
* Transfers all entries from current table to newTable.
*/
void transfer(Entry[] newTable) {
Entry[] src = table;
int newCapacity = newTable.length;
for (int j = 0; j < src.length; j++) {
Entry<K,V> e = src[j];
if (e != null) {
src[j] = null;
do {
Entry<K,V> next = e.next;
int i = indexFor(e.hash, newCapacity);
e.next = newTable[i];
newTable[i] = e;
e = next;
} while (e != null);
}
}
}
内部テーブルに対する負荷係数の影響に注意してください.小さな負荷係数が0.5 fあると、内部テーブルのデータの個数が表容量の半分に達すると、拡大されます.これは間違いなく多くの空間を浪費しましたが、換えてきたのは検索と削除の性能です.リストの空間が大きいので、各バケツのチェーンの平均長さが短くなります.一方、検索操作に時間がかかります.最悪の場合はハッシュ値を計算するのにかかる定数時間と、バケツを巡回するチェーンの時間がかかります.逆に大きな負荷係数は、一定の空間的無駄を減らすが、検索と削除の平均動作時間を増やす.したがって、自分で負荷係数と容量を設定するには、実際のコンテキスト環境に応じて適切なサイズを選択する必要があります.
以上の分析があります.HashMap内部のディズエターHashIteratorも分かりやすいです.ここでは分析しません.
最後にまとめてみます.HashMapは、散リストに基づいて実現されるキーパッドのセットを表すツールであり、keyによる追加、検索、削除操作については、平均定数時間の性能を提供しています.最後に注意してください.スレッドが安全ではないです.