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Original file line number | Diff line number | Diff line change |
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@@ -29,9 +29,7 @@ Base64加密 | |
![Image](https://raw.githubusercontent.com/CharonChui/Pictures/master/base64_man.png?raw=true) | ||
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正式因为这,所以 | ||
想要转换成`Base64`最少要三个字节才可以,转换出来的`Base64`最少是4个字节,但是如果我要转换的字节不够3个怎么办?比如我想对字符`A`进行`Base64` | ||
加密。,`A`对应的第二个`Base64`的二进制位只有两个,把后边的四个补0就是了。 | ||
正是因为这,所以想要转换成`Base64`最少要三个字节才可以,转换出来的`Base64`最少是4个字节,但是如果我要转换的字节不够3个怎么办?比如我想对字符`A`进行`Base64`加密。,`A`对应的第二个`Base64`的二进制位只有两个,把后边的四个补0就是了。 | ||
所以`A`对应的`Base64`字符就是QQ。上边已经说过了,原则是`Base64`字符的最小单位是四个字符一组,那这才两个字符,后边补两个"="吧。 | ||
其实不用"="也不耽误解码,之所以用"=",可能是考虑到多段编码后的Base64字符串拼起来也不会引起混淆。 | ||
由此可见 Base64字符串只可能最后出现一个或两个"=",中间是不可能出现"="的。下图中字符"BC"的编码过程也是一样的。 | ||
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@@ -50,4 +48,4 @@ Base64加密 | |
- 邮箱 :[email protected] | ||
- Good Luck! | ||
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Original file line number | Diff line number | Diff line change |
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@@ -1,35 +1,66 @@ | ||
HashMap实现原理分析 | ||
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HashMap基于Map接口实现,元素以键值对的方式存储,并且允许使用null建和null值,因为key不允许重复,因此只能有一个键为null,另外HashMap不能保证放入元素的顺序,它是无序的,和放入的顺序并不能相同。 | ||
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=== | ||
HashMap是Map接口的实现,元素以键值对的方式存储,并且允许使用null建和null值,因为key不允许重复,因此只能有一个键为null。 | ||
HashMap被认为是Hashtable的增强版,HashMap是一个非线程安全的容器,如果想构造线程安全的Map考虑使用ConcurrentHashMap。 | ||
HashMap是无序的,因为HashMap无法保证内部存储的键值对的有序性。 | ||
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### 重要属性 | ||
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- 初始容量 | ||
HashMap的默认初始容量是由DEFAULT_INITIAL_CAPACITY属性管理的。 | ||
`static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; | ||
HashMap的默认初始容量是 1 << 4 = 16, << 是一个左移操作,它相当于是: | ||
![](https://raw.githubusercontent.com/CharonChui/Pictures/master/hashmap_1.webp) | ||
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- 最大容量 | ||
HashMap的最大容量是 | ||
`static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;` | ||
这里是不是有个疑问?int 占用四个字节,按说最大容量应该是左移 31 位,为什么 HashMap 最大容量是左移 30 位呢?因为在数值计算中,最高位也就是最左位的位 是代表着符号为,0 -> 正数,1 -> 负数,容量不可能是负数,所以 HashMap 最高位只能移位到 2 ^ 30 次幂。 | ||
- 默认负载因子 | ||
HashMap的默认负载因子是 | ||
`static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;` | ||
float 类型所以用 .f 为单位,负载因子是和扩容机制有关,这里大致提一下,后面会细说。扩容机制的原则是当 HashMap 中存储的数量 > HashMap 容量 * 负载因子时,就会把 HashMap 的容量扩大为原来的二倍。 | ||
HashMap 的第一次扩容就在 DEFAULT_INITIAL_CAPACITY * DEFAULT_LOAD_FACTOR = 12 时进行。 | ||
- 树化阈值 | ||
HashMap 的树化阈值是 | ||
`static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8;` | ||
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在进行添加元素时,当一个桶中存储元素的数量 > 8 时,会自动转换为红黑树(JDK1.8 特性)。 | ||
- 链表阈值 | ||
HashMap 的链表阈值是 | ||
`static final int UNTREEIFY_THRESHOLD = 6;` 在进行删除元素时,如果一个桶中存储元素数量 < 6 后,会自动转换为链表 - 扩容临界值 `static final int MIN_TREEIFY_CAPACITY = 64;` | ||
这个值表示的是当桶数组容量小于该值时,优先进行扩容,而不是树化 | ||
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## 原理 | ||
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其底层数据结构是数组称之为哈希桶,每个桶(bucket)里面放的是链表,链表中的每个节点,就是哈希表中的每个元素。 | ||
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通过hash的方法,通过put和get存储和获取对象。存储对象时,我们将K / V传给put方法时,它调用hashCode计算hash | ||
从而得到bucket位置,进一步存储,HashMap会根据当前bucket的占用情况自动调整容量 (超过Load Facotr则resize为原来的2倍)。 | ||
获取对象时,我们将K传给get()方法,它调用hashCodeO()计算hash从而得到bucket位置,并进一步调用equals()方法确定键值对。 | ||
如果发生碰撞的时候,HashMap通过链表将产生碰撞冲突的元素组织起来,在JDK8中,如果一个bucket中碰撞冲突的元素超过8个, | ||
则使用红黑树来替换链表,从而提高速度。 | ||
![](https://raw.githubusercontent.com/CharonChui/Pictures/master/hashmap_hash.webp) | ||
哈希表中哈希函数的设计是相当重要的,这也是建哈希表过程中的关键问题之一。 | ||
建立一个哈希表之前需要解决两个主要问题: | ||
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- 构造一个合适的哈希函数,均匀性 H(key)的值均匀分布在哈希表中 | ||
- 冲突的处理 | ||
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冲突:在哈希表中,不同的关键字值对应到同一个存储位置的现象。 | ||
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当一个值中要存储到HashMap中的时候会根据Key的值来计算出他的hash,通过hash值来确认存放到数组中的位置,如果发生hash冲突就以链表的形式存储,当链表过长的话,HashMap会把这个链表转换成红黑树来存储通过hash的方法,通过put和get存储和获取对象。存储对象时,我们将K / V传给put方法时,它调用hashCode计算hash从而得到bucket位置,进一步存储,HashMap会根据当前bucket的占用情况自动调整容量 (超过Load Factor则resize为原来的2倍)。 | ||
获取对象时,我们将K传给get()方法,它调用hashCode()计算hash从而得到bucket位置,并进一步调用equals()方法确定键值对。 | ||
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因其底层哈希桶的数据结构是数组,所以也会涉及到扩容的问题。当HashMap的容量达到threshold域值时,就会触发扩容。 | ||
扩容前后,哈希桶的长度一定会是2的次方。这样在根据key的hash值寻找对应的哈希桶时,可以用位运算替代取余操作,更加高效。 | ||
而key的hash值,并不仅仅只是key对象的hashCode()方法的返回值,还会经过扰动函数的扰动,以使hash值更加均衡。 | ||
因为hashCode()是int类型,取值范围是40多亿,只要哈希函数映射的比较均匀松散,碰撞几率是很小的。 但就算原本的hashCode()取的很好, | ||
每个key的hashCode()不同,但是由于HashMap的哈希桶的长度远比hash取值范围小,默认是16,所以当对hash值以桶的长度取余, | ||
以找到存放该key的桶的下标时,由于取余是通过与操作完成的,会忽略hash值的高位。因此只有hashCode()的低位参加运算, | ||
因为hashCode()是int类型,取值范围是40多亿,只要哈希函数映射的比较均匀松散,碰撞几率是很小的。 但就算原本的hashCode()取的很好,每个key的hashCode()不同,但是由于HashMap的哈希桶的长度远比hash取值范围小,默认是16,所以当对hash值以桶的长度取余,以找到存放该key的桶的下标时,由于取余是通过与操作完成的,会忽略hash值的高位。因此只有hashCode()的低位参加运算, | ||
发生不同的hash值,但是得到的index相同的情况的几率会大大增加,这种情况称之为hash碰撞。即碰撞率会增大。 | ||
扰动函数就是为了解决hash碰撞的。它会综合hash值高位和低位的特征,并存放在低位,因此在与运算时,相当于高低位一起参与了运算, | ||
以减少hash碰撞的概率。(在JDK8之前,扰动函数会扰动四次,JDK8简化了这个操作)扩容操作时,会new一个新的Node数组作为哈希桶, | ||
然后将原哈希表中的所有数据(Node节点)移动到新的哈希桶中,相当于对原哈希表中所有的数据重新做了一个put操作。所以性能消耗很大, | ||
可想而知,在哈希表的容量越大时,性能消耗越明显。扩容时,如果发生过哈希碰撞,节点数小于8个。则要根据链表上每个节点的哈希值, | ||
依次放入新哈希桶对应下标位置。因为扩容是容量翻倍,所以原链表上的每个节点,现在可能存放在原来的下标,即low位, 或者扩容后的下标, | ||
即high位。 high位= low位+原哈希桶容量如果追加节点后,链表数量》=8,则转化为红黑树由迭代器的实现可以看出,遍历HashMap时, | ||
扰动函数就是为了解决hash碰撞的。它会综合hash值高位和低位的特征,并存放在低位,因此在与运算时,相当于高低位一起参与了运算,以减少hash碰撞的概率。(在JDK8之前,扰动函数会扰动四次,JDK8简化了这个操作)扩容操作时,会new一个新的Node数组作为哈希桶,然后将原哈希表中的所有数据(Node节点)移动到新的哈希桶中,相当于对原哈希表中所有的数据重新做了一个put操作。所以性能消耗很大,可想而知,在哈希表的容量越大时,性能消耗越明显。扩容时,如果发生过哈希碰撞,节点数小于8个。则要根据链表上每个节点的哈希值,依次放入新哈希桶对应下标位置。因为扩容是容量翻倍,所以原链表上的每个节点,现在可能存放在原来的下标,即low位, 或者扩容后的下标,即high位。 high位= low位+原哈希桶容量如果追加节点后,链表数量 >=8,且只有数组长度大于64才处理,则转化为红黑树由迭代器的实现可以看出,遍历HashMap时, | ||
顺序是按照哈希桶从低到高,链表从前往后,依次遍历的。 | ||
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数组的特点:查询效率高,插入删除效率低。 | ||
链表的特点:查询效率低,插入删除效率高。 | ||
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在HashMap底层使用数组加(链表或红黑树)的结构完美的解决了数组和链表的问题,使得查询和插入,删除的效率都很高。 | ||
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## JDK1.7 | ||
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HashMap在JDK1.8中发生了改变,下面的部分是基于JDK1.7的分析。HashMap主要是用数组来存储数据的,我们都知道它会对key进行哈希运算, | ||
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@@ -147,7 +178,7 @@ public V get(Object key) { | |
## JDK1.8 | ||
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在Jdk1.8中HashMap的实现方式做了一些改变,但是基本思想还是没有变的,只是在一些地方做了优化,下面来看一下这些改变的地方, | ||
数据结构的存储由数组+链表的方式,变化为数组+链表+红黑树的存储方式,当链表长度超过阈值(8)时,将链表转换为红黑树。 | ||
数据结构的存储由数组+链表的方式,变化为数组+链表+红黑树的存储方式,当链表长度超过阈值(8)时,且只有数组长度大于64才处理,将链表转换为红黑树。 | ||
利用红黑树快速增删改查的特点来提高HashMap的性能,其中会用到红黑树的插入、删除、查找等算法。HashMap中, | ||
如果key经过hash算法得出的数组索引位置全部不相同,即Hash算法非常好,那样的话,getKey方法的时间复杂度就是O(1), | ||
如果Hash算法技术的结果碰撞非常多,假如Hash算法极其差,所有的Hash算法结果得出的索引位置一样,那样所有的键值对都集中到一个桶中, | ||
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@@ -505,6 +536,9 @@ resize()方法用于初始化数组或数组扩容,每次扩容后容量为原 | |
是0的话索引没变,是1的话索引变成 “原索引 + oldCap”。可以看看下图为16扩充为32的resize示意图: | ||
![resize](https://raw.githubusercontent.com/CharonChui/Pictures/master/resize3.bmp) | ||
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这里有一个需要注意的点就是在JDK1.8 HashMap扩容阶段重新映射元素时不需要像1.7版本那样重新去一个个计算元素的hash值,而是通过hash & oldCap的值来判断,若为0则索引位置不变,不为0则新索引=原索引+旧数组长度,为什么呢?具体原因如下: | ||
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因为我们使用的是2次幂的扩展(指长度扩为原来2倍),所以,元素的位置要么是在原位置,要么是在原位置再移动2次幂的位置。因此,我们在扩充HashMap的时候,不需要像JDK1.7的实现那样重新计算hash,只需要看看原来的hash值新增的那个bit是1还是0就好了,是0的话索引没变,是1的话索引变成“原索引+oldCap | ||
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这个设计确实非常的巧妙,既省去了重新计算hash值的时间,而且同时,**由于新增的1bit是0还是1可以认为是随机的,因此resize的过程, | ||
均匀的把之前的冲突的节点分散到新的bucket了**。 | ||
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@@ -690,7 +724,7 @@ final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent, | |
* 扩容时,如果发生过哈希碰撞,节点数小于8个。则要根据链表上每个节点的哈希值,依次放入新哈希桶对应下标位置。 | ||
* 因为扩容是容量翻倍,所以原链表上的每个节点,现在可能存放在原来的下标,即low位, 或者扩容后的下标,即high位。 high位= low位+原哈希桶容量 | ||
* 利用哈希值 与运算 旧的容量 ,if ((e.hash & oldCap) == 0),可以得到哈希值去模后,是大于等于oldCap还是小于oldCap,等于0代表小于oldCap,应该存放在低位,否则存放在高位。这里又是一个利用位运算 代替常规运算的高效点 | ||
* 如果追加节点后,链表数量》=8,则转化为红黑树 | ||
* 如果追加节点后,链表数量 >= 8,则转化为红黑树 | ||
* 插入节点操作时,有一些空实现的函数,用作LinkedHashMap重写使用。 | ||
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@@ -726,18 +760,22 @@ final Node<K,V> getNode(int hash, Object key) { | |
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## JDK 7与JDK 8中关于HashMap的对比 | ||
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1. JDK8为红黑树 + 链表 + 数组的形式,当桶内元素大于8时,便会树化。 | ||
1. JDK8为红黑树 + 链表 + 数组的形式,当桶内元素大于8时,且只有数组长度大于64才处理,便会树化。 | ||
2. hash值的计算方式不同 (jdk 8 简化)。 | ||
3. JDK7中table在创建hashmap时分配空间,而8中在put的时候分配。 | ||
4. 链表的插入方式从头插法改成了尾插法,简单说就是插入时,如果数组位置上已经有元素,1.7将新元素放到数组中,原始节点作为新节点的后继节点,1.8遍历链表,将元素放置到链表的最后;因为头插法会使链表发生反转,多线程环境下会产生环; | ||
5. 在resize操作中,7 需要重新进行index的计算,而8不需要,通过判断相应的位是0还是1,要么依旧是原index,要么是oldCap + 原 index。 | ||
6. 在插入时,1.7先判断是否需要扩容,再插入,1.8先进行插入,插入完成再判断是否需要扩容; | ||
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把链表转换成红黑树,树化需要满足以下两个条件: | ||
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- 链表长度大于等于8 | ||
- table数组长度大于等于64 | ||
为什么table数组容量大于等于64才树化? | ||
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因为当table数组容量比较小时,键值对节点 hash 的碰撞率可能会比较高,进而导致链表长度较长。这个时候应该优先扩容,而不是立马树化。 | ||
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## 问题 | ||
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@@ -782,6 +820,11 @@ final Node<K,V> getNode(int hash, Object key) { | |
扩容后为32后的二进制就高位多了1,============>为0001 1111。因为是&运算,1和任何数&都是它本身,那就分二种情况, | ||
原数据hashcode高位第4位为0和高位为1的情况;第四位高位为0,重新hash数值不变,第四位为1,重新hash数值比原来大16(旧数组的容量)。 | ||
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6. HashMap和HashSet的区别: | ||
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HashSet继承于AbstractSet接口,实现了Set、Cloneable、java.io.Serializable接口。HashSet不允许集合中出现重复的值。HashSet底层其实 | ||
就是HashMap,所有对HashSet的操作其实就是对HashMap的操作。所以HashSet也不保证集合的顺序。 | ||
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参考: | ||
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@@ -794,5 +837,3 @@ final Node<K,V> getNode(int hash, Object key) { | |
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- 邮箱 :[email protected] | ||
- Good Luck! | ||
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