1.HashMap的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中有數(shù)組和鏈表來實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，但這兩者基本上是兩個(gè)極端。

數(shù)組

數(shù)組存儲(chǔ)區(qū)間是連續(xù)的，占用內(nèi)存嚴(yán)重，故空間復(fù)雜的很大。但數(shù)組的二分查找時(shí)間復(fù)雜度小，為O(1)；數(shù)組的特點(diǎn)是：尋址容易，插入和刪除困難；

鏈表

鏈表存儲(chǔ)區(qū)間離散，占用內(nèi)存比較寬松，故空間復(fù)雜度很小，但時(shí)間復(fù)雜度很大，達(dá)O（N）。鏈表的特點(diǎn)是：尋址困難，插入和刪除容易。

哈希表

那么我們能不能綜合兩者的特性，做出一種尋址容易，插入刪除也容易的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)？答案是肯定的，這就是我們要提起的哈希表。哈希表（(Hash table）既滿足了數(shù)據(jù)的查找方便，同時(shí)不占用太多的內(nèi)容空間，使用也十分方便。

哈希表有多種不同的實(shí)現(xiàn)方法，我接下來解釋的是最常用的一種方法——拉鏈法，我們可以理解為“鏈表的數(shù)組”，如圖：

從上圖我們可以發(fā)現(xiàn)哈希表是由數(shù)組+鏈表組成的，一個(gè)長度為16的數(shù)組中，每個(gè)元素存儲(chǔ)的是一個(gè)鏈表的頭結(jié)點(diǎn)。那么這些元素是按照什么樣的規(guī)則存儲(chǔ)到數(shù)組中呢。一般情況是通過hash(key)%len獲得，也就是元素的key的哈希值對數(shù)組長度取模得到。比如上述哈希表中，12%16=12,28%16=12,108%16=12,140%16=12。所以12、28、108以及140都存儲(chǔ)在數(shù)組下標(biāo)為12的位置。

HashMap其實(shí)也是一個(gè)線性的數(shù)組實(shí)現(xiàn)的,所以可以理解為其存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的容器就是一個(gè)線性數(shù)組。這可能讓我們很不解，一個(gè)線性的數(shù)組怎么實(shí)現(xiàn)按鍵值對來存取數(shù)據(jù)呢？這里HashMap有做一些處理。

首先HashMap里面實(shí)現(xiàn)一個(gè)靜態(tài)內(nèi)部類Entry，其重要的屬性有key,value,next，從屬性key,value我們就能很明顯的看出來Entry就是HashMap鍵值對實(shí)現(xiàn)的一個(gè)基礎(chǔ)bean，我們上面說到HashMap的基礎(chǔ)就是一個(gè)線性數(shù)組，這個(gè)數(shù)組就是Entry[]，Map里面的內(nèi)容都保存在Entry[]里面。

    /**
     * The table, resized as necessary. Length MUST Always be a power of two.
     */
    transient Entry[] table;

2.HashMap的存取實(shí)現(xiàn)

既然是線性數(shù)組，為什么能隨機(jī)存取？這里HashMap用了一個(gè)小算法，大致是這樣實(shí)現(xiàn)：

// 存儲(chǔ)時(shí):
int hash = key.hashCode(); // 這個(gè)hashCode方法這里不詳述,只要理解每個(gè)key的hash是一個(gè)固定的int值
int index = hash % Entry[].length;
Entry[index] = value;

// 取值時(shí):
int hash = key.hashCode();
int index = hash % Entry[].length;
return Entry[index];

(1)put

疑問：如果兩個(gè)key通過hash%Entry[].length得到的index相同，會(huì)不會(huì)有覆蓋的危險(xiǎn)？

這里HashMap里面用到鏈?zhǔn)?a href="/hot/1624.html" target="_blank" title="數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)">數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的一個(gè)概念。上面我們提到過Entry類里面有一個(gè)next屬性，作用是指向下一個(gè)Entry。打個(gè)比方，第一個(gè)鍵值對A進(jìn)來，通過計(jì)算其key的hash得到的index=0，記做:Entry[0]=A。一會(huì)后又進(jìn)來一個(gè)鍵值對B，通過計(jì)算其index也等于0，現(xiàn)在怎么辦？HashMap會(huì)這樣做:B.next=A,Entry[0]=B,如果又進(jìn)來C,index也等于0,那么C.next=B,Entry[0]=C；這樣我們發(fā)現(xiàn)index=0的地方其實(shí)存取了A,B,C三個(gè)鍵值對,他們通過next這個(gè)屬性鏈接在一起。所以疑問不用擔(dān)心。也就是說數(shù)組中存儲(chǔ)的是最后插入的元素。到這里為止，HashMap的大致實(shí)現(xiàn)，我們應(yīng)該已經(jīng)清楚了。

 public V put(K key, V value) {
        if (key == null)
            return putForNullKey(value); //null總是放在數(shù)組的第一個(gè)鏈表中
        int hash = hash(key.hashCode());
        int i = indexFor(hash, table.length);
        //遍歷鏈表
        for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) {
            Object k;
            //如果key在鏈表中已存在，則替換為新value
            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;
    }

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); //參數(shù)e, 是Entry.next
    //如果size超過threshold，則擴(kuò)充table大小。再散列
    if (size++ >= threshold)
            resize(2 * table.length);
}

當(dāng)然HashMap里面也包含一些優(yōu)化方面的實(shí)現(xiàn)，這里也說一下。比如：Entry[]的長度一定后，隨著map里面數(shù)據(jù)的越來越長，這樣同一個(gè)index的鏈就會(huì)很長，會(huì)不會(huì)影響性能？HashMap里面設(shè)置一個(gè)因子，隨著map的size越來越大，Entry[]會(huì)以一定的規(guī)則加長長度。

(2)get

 public V get(Object key) {
        if (key == null)
            return getForNullKey();
        int hash = hash(key.hashCode());
        //先定位到數(shù)組元素，再遍歷該元素處的鏈表
        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;
}

(3)null key的存取

null key總是存放在Entry[]數(shù)組的第一個(gè)元素。

   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;
    }
 
    private V getForNullKey() {
        for (Entry<K,V> e = table[0]; e != null; e = e.next) {
            if (e.key == null)
                return e.value;
        }
        return null;
    }

(4)確定數(shù)組index：hashcode%table.length取模

HashMap存取時(shí)，都需要計(jì)算當(dāng)前key應(yīng)該對應(yīng)Entry[]數(shù)組哪個(gè)元素，即計(jì)算數(shù)組下標(biāo)；算法如下：

   /**
     * Returns index for hash code h.
     */
    static int indexFor(int h, int length) {
        return h & (length-1);
    }

按位取并，作用上相當(dāng)于取模mod或者取余%。

這意味著數(shù)組下標(biāo)相同，并不表示hashCode相同。

(5)table初始大小

  public HashMap(int initialCapacity, float 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();
    }

注意table初始大小并不是構(gòu)造函數(shù)中的initialCapacity！！

而是 >= initialCapacity的2的n次冪！！！！

3.解決hash沖突的辦法

• 開放定址法（線性探測再散列，二次探測再散列，偽隨機(jī)探測再散列）
• 再哈希法
• 鏈地址法
• 建立一個(gè)公共溢出區(qū)

Java中hashmap的解決辦法就是采用的鏈地址法。

4.再散列rehash過程

當(dāng)哈希表的容量超過默認(rèn)容量時(shí)，必須調(diào)整table的大小。當(dāng)容量已經(jīng)達(dá)到最大可能值時(shí)，那么該方法就將容量調(diào)整到Integer.MAX_VALUE返回，這時(shí)，需要?jiǎng)?chuàng)建一張新表，將原表的映射到新表中。

   /**
     * 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;
                    //重新計(jì)算index
                    int i = indexFor(e.hash, newCapacity);
                    e.next = newTable[i];
                    newTable[i] = e;
                    e = next;
                } while (e != null);
            }
        }
    }

以上就是動(dòng)力節(jié)點(diǎn)小編介紹的"HashMap實(shí)現(xiàn)原理"，希望對大家有幫助，想了解更多可查看Java基礎(chǔ)教程，如有疑問，請?jiān)诰€咨詢，有專業(yè)老師隨時(shí)為您服務(wù)。