源码分析之HashMap
1、概述
HashMap是java中很常用的一种数据结构，其存储和检索的速度非常的快(基于数组和散列函数实现)。HashMap也是很多面试官比较喜欢问的一种数据结构。HashMap不是线程安全的，如在多线程环境下可以使用Collections辅助类的synchronizedMap()方法将其转为同步的来使用或使用并发包下的ConcurrentHashMap数据结构。
2、数据结构
HashMap实现原理图
说明
Map接口将一组键值对当做一个entry对待，存放在数组下标中。如果存在hash冲突的时候那么就以链表形式存放在数组中。jdk1.8开始，如果冲突数比较多的时候(大于16)，会采用树形结构来存冲突的元素。
备注:数组和指针(对java而言:理解为引用)可以实现任何数据结构。
3、HashMap部分源码展示
HashMap层次结构和成员属性
public class HashMap<K,V> extends AbstractMap<K,V>
implements Map<K,V>, Cloneable, Serializable
{
//默认初始容量16
static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; // aka 16
//最大容量
static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;
//负载因子(Map容器中元素个数/容器大小(数组长度))
static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;
//空Entry<?,?>数组
static final Entry<?,?>[] EMPTY_TABLE = {};
//空entry<K,V>数组,注意是transient修饰
transient Entry<K,V>[] table = (Entry<K,V>[]) EMPTY_TABLE;
//Map中元素个数(entry个数)
transient int size;
//The next size value at which to resize (capacity * load factor).
//thread=capacity * load factor
int threshold;
//负载因子
final float loadFactor;
//Map修改次数
transient int modCount;
}
HashMap 插入元素代码
public V put(K key, V value) {
if (table == EMPTY_TABLE) {
inflateTable(threshold);
}
if (key == null)
return putForNullKey(value);
int hash = hash(key);
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;
}
备注:原理就是对key计算hash值然后确定在entry数组中的下标，存储起来。如果key已经存在那么就覆盖原先值，如果hash值相等则加到链表上。
HashMap 获取key对应的value代码
public V get(Object key) {
if (key == null)
return getForNullKey();//获得null对应的value值
Entry<K,V> entry = getEntry(key);
return null == entry ? null : entry.getValue();
}
final Entry<K,V> getEntry(Object key) {
if (size == 0) {
return null;
}
int hash = (key == null) ? 0 : hash(key);
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;
}
4、注意说明
1、HashMap的继承和实现层次(继承AbstractMap实现Map接口)
2、键值对存储方式(Entry(key,value))
3、HashMap的大小和加载因子loadFactor(默认0.75),由碰撞率决定
4、HashMap查找和插入通常都是O(1)的算法复杂度,非常快。特殊情况:查询遇到碰撞要链表(树)、插入遇到需要扩容的时候
5、HashMap使用的算法是散列函数算法(不可逆的函数),通过二次计算key的hashCode值决定value该插入到数组的下标
6、由于Map接口是没有实现Iterator迭代器接口的,所以遍历HashMap元素时是无法使用迭代器的,可以使用EntrySet方法来获得Map内的元素
7、由于java.util下的Map不是并发Map所以当在多线程编程时,推荐使用并发包下的ConcurrentHashMap对象,或使用Collections. synchronizedMap(Map map);
8、工作中HashMap使用的非常广,大多数语言都会支持这种结构的存储,通常称字典、映射其实都是一个意思。
9、Hash算法(散列算法)很重要,MD5、SHA等摘要算法使用的就是散列算法(不可逆)
10、正因为HashMap使用了散列算法所以HashMap是无法保证元素插入的顺序的,迭代出来是无序的
11、jdk1.8当某个下标下发生碰撞节点大于八个的时候,就会使用红黑树来存储这些节点,否则使用单向链表存储
备注:JDK1.8对HashMap的实现稍做了些变动(引入了Node<K,V> 是实现Entry<K,V>的),但是大体的思路是没有变得,1.7的源码更加清晰,1.8源码更复杂了些。推荐先看1. 7之后再看1.8源码
对HashMap的简单理解
HashMap理解拆分:
数组部分:Entry[] tables=new Entry[16];Length默认16<br>
确定数组下标:对key的二次Hash算法取值,然后对tables数组长度取模,假如取模结果为3,那么就存储在tables[2]位置
冲突存储:插入循环上一步操作,如果遇到tables[n]已经存在元素了,那么就使用链表来存储该下标下的多个元素
扩容重分布:当Map中的元素大于12(loadFactor*Length)时就要进行tables扩容了,重新散列分布之前存储的值了,
对HashMap扩容是比较耗时的
对Hash函数的理解
Hash函数即散列函数，站在数学角度对于y=f(x);如果每次传递不同的x获得的y都不同，那么该散列函数就是一个设计比较好的散列函数。散列函数是不可逆的，对计算越简便和散列越分散那就是一个好的散列函数。
总结:
对于HashMap的源码研究其实并不难，重点在于掌握其使用的数据结构数组、链表、树以及一个很重要的hash(散列函数)算法。站在数学角度即是单射。HashMap多用于存储和检索比较频繁的场景下，其遍历通常需要借组entrySet方法。
