研究 HashMap 要固定版本。Java 7 的冲突处理不能直接套用后续版本的树化机制。
本文使用JDK 7,示例为方法体或类定义片段。源码学习需要区分语言规则、公共接口约定与某个版本的实现。本文把讨论范围固定在 Java 7,不把后续版本的集合结构或语法写进来。
1. 从现象推到机制
键的散列值参与桶下标计算,同桶多个元素还需要逐个比较键。负载因子决定触发扩容的阈值,容量与元素数是两回事。低冲突时平均访问较快,但坏散列函数会拉长桶内查找路径。
图中的四个节点分别表示键的散列、桶下标、冲突查找、阈值判断。顺着实线检查输入如何变成输出,再沿虚线核对反馈条件。图示表达的是本文讨论的关系,不是实测曲线或现场截图。
2. 最小实现与输入条件
定义一个所有键都返回相同散列值的小类,观察集合仍能保存不同键。把实验限定在单线程,避免把并发修改缺陷混进散列分析。
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Map<String,Integer> counts = new HashMap<String,Integer>(16);
counts.put("a", 1);
counts.put("b", 2);
System.out.println(counts.get("a"));
将片段放入独立的小工程,补齐 imports(导入声明)和调用入口。观察返回值、异常类型及对象状态;并发实验需要重复交错,单次没有出错不能证明线程安全。
3. 用对照区分原因
下表列出需要主动改变的条件。预期行为来自机制分析,复现时还需记录运行环境和原始输出,不能将预期当作已经测得的结果。
| 改变的条件 | 需要验证的行为 |
|---|---|
| 两个不同键散列相同 | 不同键值仍应分别保存 |
| 元素数超过扩容阈值 | 需要重新分配并迁移条目 |
| 多个线程共同写入 | 普通 HashMap 没有线程安全保证 |
对照 1:两个不同键散列相同
不同键值仍应分别保存。观察时记录桶内 equals 判断。把这个条件与基准情形分开,有助于判断变化来自哪一层;若得到相反结果,应先核对前提,再修改实现。
对照 2:元素数超过扩容阈值
需要重新分配并迁移条目。观察时记录旧容量阈值与新容量。把这个条件与基准情形分开,有助于判断变化来自哪一层;若得到相反结果,应先核对前提,再修改实现。
对照 3:多个线程共同写入
普通 HashMap 没有线程安全保证。观察时记录读写交错而非单次输出。把这个条件与基准情形分开,有助于判断变化来自哪一层;若得到相反结果,应先核对前提,再修改实现。
4. 适用条件与取舍
初始容量配置要考虑负载因子及实际数量。HashMap 不保证遍历顺序,若业务要求稳定顺序,应明确选择相应的数据结构。
一次正常运行只覆盖了这组输入。继续扩展前,应把上面的异常对照保留下来,尤其关注“多个线程共同写入”这一分支。后续方案若改变了图中任意一处依赖,原来的判断就要重新验证,不能仅凭界面相似或返回值相同沿用结论。