HashMap是啥东西

Posted 2023-02-15

HashMap，中文名哈希映射，HashMap是一个用于存储Key-Value键值对的集合，每一个键值对也叫做Entry。这些个键值对（Entry）分散存储在一个数组当中，这个数组就是HashMap的主干。HashMap数组每一个元素的初始值都是Null。

HashMap是基于哈希表的 Map 接口的实现。此实现提供所有可选的映射操作，并允许使用 null 值和 null 键。（除了非同步和允许使用 null 之外，HashMap 类与 Hashtable 大致相同。）此类不保证映射的顺序，特别是它不保证该顺序恒久不变。 

扩展资料：

因为HashMap的长度是有限的，当插入的Entry越来越多时，再完美的Hash函数也难免会出现index冲突的情况。

HashMap数组的每一个元素不止是一个Entry对象，也是一个链表的头节点。每一个Entry对象通过Next指针指向它的下一个Entry节点。当新来的Entry映射到冲突的数组位置时，只需要插入到对应的链表即可。

参考资料来源：

百度百科-Hashmap

参考技术A java数据结构-HashMap
一直以来似乎都有一个错觉，认为map跟其他的集合类一样继承自Collection，其实不然，Map和Collection在结构层次上是没有任何关系的，通过查看源码可以发现map所有操作都是基于key-value对，而不是单独的元素。

下面以HashMap为例子，深入对Map的实现机制进行了解，在这个过程中，请打开jdk源码。

Hash算法

HashMap使用Hash算法，所以在解剖HashMap之间，需要先简单的了解Hash算法，Hash算法一般也成为散列算法，通过散列算法将任意的值转化成固定的长度输出，该输出就是散列值，这是一种压缩映射，也就是，散列值的空间远远小于输入的值空间。
简单的说，hash算法的意义在于提供了一种快速存取数据的方法,它用一种算法建立键值与真实值之间的对应关系,(每一个真实值只能有一个键值,但是一个键值可以对应多个真实值),这样可以快速在数组等里面存取数据。

下面我们建立一个HashMap,然后往里面放入12对key-value，这个HashMap的默认数组长度为16，我们的key分别存放在该数组的格子中，每个格子下面存放的元素又是以链表的方式存放元素。

public static void main(String[] args)
Map map = new HashMap();
map.put("What", "chenyz");
map.put("You", "chenyz");
map.put("Don't", "chenyz");
map.put("Know", "chenyz");
map.put("About", "chenyz");
map.put("Geo", "chenyz");
map.put("APIs", "chenyz");
map.put("Can't", "chenyz");
map.put("Hurt", "chenyz");
map.put("you", "chenyz");
map.put("google", "chenyz");
map.put("map", "chenyz");
map.put("hello", "chenyz");


当我们新添加一个元素时，首先我们通过Hash算法计算出这个元素的Hash值的hashcode，通过这个hashcode的值，我们就可以计算出这个新元素应该存放在这个hash表的哪个格子里面，如果这个格子中已经存在元素，那么就把新的元素加入到已经存在格子元素的链表中。

运行上面的程序，我们对HashMap源码进行一点修改，打印出每个key对象的hash值

What-->hash值：8
You-->hash值：3
Don't-->hash值：7
Know-->hash值：13
About-->hash值：11
Geo-->hash值：12
APIs-->hash值：1
Can't-->hash值：7
Hurt-->hash值：1
you-->hash值：10
google-->hash值：3
map-->hash值：8
hello-->hash值：0

计算出来的Hash值分别代表该key应该存放在Hash表中对应数字的格子中，如果该格子已经有元素存在，那么该key就以链表的方式依次放入格子中

从上表可以看出，Hash表是线性表和链表的综合所得，根据数据结构的定义，可以得出粗劣的结论，Hash算法的存取速度要比数组差一些，但是比起单纯的链表，在查找和存取方面却要好多。

如果要查找一个元素时，同样的方式，通过Hash函数计算出这个元素的Hash值hashcode，然后通过这个hashcode值，直接找到跟这个hash值相对应的线性格子，进如该格子后，对这个格子存放的链表元素逐个进行比较，直到找到对应的hash值。

在简单了解完Hash算法后，我们打开HashMap源码

初始化HashMap

下面我们看看Map map = new HashMap();这段代码究竟做了什么，发生了什么数据结构的变化。

HashMap中几个重要的属性

transient Entry[] table;
用来保存key-value的对象Entry数组，也就是Hash表

transient int size;
返回HashMap的键值对个数

final float loadFactor;
负载因子，用来决定Entry数组是否扩容的因子，HashMap默认是0.75f

int threshold;
重构因子，(capacity * load factor)负载因子与Entry[]数组容积的乘值

public class HashMap<K,V>
extends AbstractMap<K,V>
implements Map<K,V>, Cloneable, Serializable

int threshold;

final float loadFactor;

transient Entry[] table;

static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;

static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 16;

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();

以public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor)构造函数为例，另外两个构造函数实际上也是以同种方式来构建HashMap.

首先是要确定hashMap的初始化的长度，这里使用的策略是循环查出一个大于initialCapacity的2的次方的数，例如initialCapacity的值是10，那么大于10的数是2的4次方，也就是16，capacity的值被赋予了16，那么实际上table数组的长度是16，之所以采用这样的策略来构建Hash表的长度，是因为2的次方运算对于计算机来说是有相当的效率。

loadFactor，被称为负载因子，HashMap的默认负载因子是0.75f

threshold，接下来是重构因子，由负载因子和容量的乘机组成，它表示当HashMap元素被存放了多少个之后，需要对HashMap进行重构。

通过这一系列的计算和定义后，初始化Entry[] table;

put(key,value)

接下来看一对key-value是如何被存放到HashMap中：put(key,value)

public V put(K key, V value)
if (key == null)
return putForNullKey(value);
int hash = hash(key.hashCode());

int i = indexFor(hash, table.length);
System.out.println(key+"-->hash值："+i);//这就是刚才程序打印出来的key对应hash值
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;


static int hash(int h)
h ^= (h >>> 20) ^ (h >>> 12);
return h ^ (h >>> 7) ^ (h >>> 4);


static int indexFor(int h, int length)
return h & (length-1);


这里是整个hash的关键，请打开源码查看一步一步查看。

hash(key.hashCode()) 计算出key的hash码 //对于hash()的算法，这里有一篇分析很透彻的文章<HashMap hash方法分析>
indexFor(hash, table.length) 通过一个与算法计算出来，该key应在存放在Hash表的哪个格子中。
for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) 然后再遍历table[i]格中的链表，判断是否已经存在一样的key，如果存在一样的key值，那么就用新的value覆盖旧的value，并把旧的value值返回。
addEntry(hash, key, value, i) 如果经过遍历链表没有发现同样的key，那么进行addEntry函数的操作，增加当前key到hash表中的第i个格子中的链表中

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);


Entry<K,V> e = table[bucketIndex]; 创建一个Entry对象来存放键值（ps:Entry对象是一个链表对象）
table[bucketIndex] = new Entry<K,V>(hash, key, value, e); 将Entry对象添加到链表中
if (size++ >= threshold) resize(2 * table.length); 最后将size进行自增，判断size值是否大于重构因子，如果大于那么就是用resize进行扩容重构。

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);


这里为什么是否需要扩容重构，其实是涉及到负载因子的性能问题

loadFactor负载因子
上面说过loadFactor是一个hashMap的决定性属性，HashSet和HashMap的默认负载因子都是0.75，它表示，如果哈希表的容量超过3/4时，将自动成倍的增加哈希表的容量，这个值是权衡了时间和空间的成本，如果负载因子较高，虽然会减少对内存空间的需求，但也会增加查找数据的时间开销，无论是put()和get()都涉及到对数据进行查找的动作，所以负载因子是不适宜设置过高

get(key)

接下来看看get(key)做了什么

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;


这些动作似乎是跟put(key，value)相识，通过hash算法获取key的hash码，再通过indexFor定位出该key存在于table的哪一个下表，获取该下标然后对下标中的链表进行遍历比对，如果有符合就直接返回该key的value值。

keySet()

这里还涉及另一个问题，上面说了HashMap是跟set没有任何亲属关系，但map也一样实现了keySet接口，下面谱析一下keySet在hashMap中是如何实现的，这里给出部分代码，请结合源码查看

public K next()
return nextEntry().getKey();


final Entry<K,V> nextEntry()
if (modCount != expectedModCount)
throw new ConcurrentModificationException();
Entry<K,V> e = next;
if (e == null)
throw new NoSuchElementException();

if ((next = e.next) == null)
Entry[] t = table;
while (index < t.length && (next = t[index++]) == null)
;

current = e;
return e;


代码很简单，就是对每个格子里面的链表进行遍历，也正是这个原因，当我们依次将key值put进hashMap中，但在使用map.entrySet().iterator()进行遍历时候却不是put时候的顺序。

扩容
在前面说到put函数的时候，已经提过了扩容的问题

if (size++ >= threshold)
resize(2 * table.length);

这里一个是否扩容的判断，当数据达到了threshold所谓的重构因子，而不是HashMap的最大容量，就进行扩容。

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);


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);




transfer方法实际上是将所有的元素重新进行一些hash，这是因为容量变化了，每个元素相对应的hash值也会不一样。

使用HashMap

1.不要再高并发中使用HashMap，HashMap是线程不安全，如果被多个线程共享之后，将可能发生不可预知的问题。
2.如果数据大小事固定的，最好在初始化的时候就给HashMap一个合理的容量值，如果使用new HashMap()默认构造函数，重构因子的值是16*0.75=12，当HashMap的容量超过了12后，就会进行一系列的扩容运算，重建一个原来成倍的数组，并且对原来存在的元素进行重新的hash运算，如果你的数据是有成千上万的，那么你的成千上万的数据也要跟这你的扩容不断的hash，这将产生高额的内存和cpu的大量开销。

当然啦，HashMap的函数还有很多，不过都是基于table的链表进行操作，当然也就是hash算法，Map & hashMap在平时我们的应用非常多，最重要的是我们要对每句代码中每块数据结构变化心中有数。

上面主要是参考了jdk源码，数据结构和一些相关资料本着好记性不如烂博客的精神记录下来，希望朋友们如果发觉哪里不对请指出来，虚心请教本回答被提问者采纳 参考技术B java数据结构-HashMap
一直以来似乎都有一个错觉，认为map跟其他的集合类一样继承自Collection，其实不然，Map和Collection在结构层次上是没有任何关系的，通过查看源码可以发现map所有操作都是基于key-value对，而不是单独的元素。
下面以HashMap为例子，深入对Map的实现机制进行了解，在这个过程中，请打开jdk源码。
Hash算法
HashMap使用Hash算法，所以在解剖HashMap之间，需要先简单的了解Hash算法，Hash算法一般也成为散列算法，通过散列算法将任意的值转化成固定的长度输出，该输出就是散列值，这是一种压缩映射，也就是，散列值的空间远远小于输入的值空间。
简单的说，hash算法的意义在于提供了一种快速存取数据的方法,它用一种算法建立键值与真实值之间的对应关系,(每一个真实值只能有一个键值,但是一个键值可以对应多个真实值),这样可以快速在数组等里面存取数据。
下面我们建立一个HashMap,然后往里面放入12对key-value，这个HashMap的默认数组长度为16，我们的key分别存放在该数组的格子中，每个格子下面存放的元素又是以链表的方式存放元素。
publicstaticvoidmain(String[]args)
Mapmap=newHashMap();
map.put("What","chenyz");
map.put("You","chenyz");
map.put("Don't","chenyz");
map.put("Know","chenyz");
map.put("About","chenyz");
map.put("Geo","chenyz");
map.put("APIs","chenyz");
map.put("Can't","chenyz");
map.put("Hurt","chenyz");
map.put("you","chenyz");
map.put("google","chenyz");
map.put("map","chenyz");
map.put("hello","chenyz");

当我们新添加一个元素时，首先我们通过Hash算法计算出这个元素的Hash值的hashcode，通过这个hashcode的值，我们就可以计算出这个新元素应该存放在这个hash表的哪个格子里面，如果这个格子中已经存在元素，那么就把新的元素加入到已经存在格子元素的链表中。
运行上面的程序，我们对HashMap源码进行一点修改，打印出每个key对象的hash值
What-->hash值：8
You-->hash值：3
Don't-->hash值：7
Know-->hash值：13
About-->hash值：11
Geo-->hash值：12
APIs-->hash值：1
Can't-->hash值：7
Hurt-->hash值：1
you-->hash值：10
google-->hash值：3
map-->hash值：8
hello-->hash值：0
计算出来的Hash值分别代表该key应该存放在Hash表中对应数字的格子中，如果该格子已经有元素存在，那么该key就以链表的方式依次放入格子中
从上表可以看出，Hash表是线性表和链表的综合所得，根据数据结构的定义，可以得出粗劣的结论，Hash算法的存取速度要比数组差一些，但是比起单纯的链表，在查找和存取方面却要好多。
如果要查找一个元素时，同样的方式，通过Hash函数计算出这个元素的Hash值hashcode，然后通过这个hashcode值，直接找到跟这个hash值相对应的线性格子，进如该格子后，对这个格子存放的链表元素逐个进行比较，直到找到对应的hash值。
在简单了解完Hash算法后，我们打开HashMap源码
初始化HashMap
下面我们看看Mapmap=newHashMap();这段代码究竟做了什么，发生了什么数据结构的变化。
HashMap中几个重要的属性
transientEntry[]table;
用来保存key-value的对象Entry数组，也就是Hash表
transientintsize;
返回HashMap的键值对个数
finalfloatloadFactor;
负载因子，用来决定Entry数组是否扩容的因子，HashMap默认是0.75f
intthreshold;
重构因子，(capacity*loadfactor)负载因子与Entry[]数组容积的乘值
publicclassHashMap<K,V>
extendsAbstractMap<K,V>
implementsMap<K,V>,Cloneable,Serializable

intthreshold;
finalfloatloadFactor;
transientEntry[]table;
staticfinalfloatDEFAULT_LOAD_FACTOR=0.75f;
staticfinalintDEFAULT_INITIAL_CAPACITY=16;
publicHashMap(intinitialCapacity,floatloadFactor)
if(initialCapacity<0)
thrownewIllegalArgumentException("Illegalinitialcapacity:"+
initialCapacity);
if(initialCapacity>MAXIMUM_CAPACITY)
initialCapacity=MAXIMUM_CAPACITY;
if(loadFactor<=0||Float.isNaN(loadFactor))
thrownewIllegalArgumentException("Illegalloadfactor:"+
loadFactor);
//Findapowerof2>=initialCapacity
intcapacity=1;
while(capacity<initialCapacity)
capacity<<=1;
this.loadFactor=loadFactor;
threshold=(int)(capacity*loadFactor);
table=newEntry[capacity];
init();

以publicHashMap(intinitialCapacity,floatloadFactor)构造函数为例，另外两个构造函数实际上也是以同种方式来构建HashMap.
首先是要确定hashMap的初始化的长度，这里使用的策略是循环查出一个大于initialCapacity的2的次方的数，例如initialCapacity的值是10，那么大于10的数是2的4次方，也就是16，capacity的值被赋予了16，那么实际上table数组的长度是16，之所以采用这样的策略来构建Hash表的长度，是因为2的次方运算对于计算机来说是有相当的效率。
loadFactor，被称为负载因子，HashMap的默认负载因子是0.75f
threshold，接下来是重构因子，由负载因子和容量的乘机组成，它表示当HashMap元素被存放了多少个之后，需要对HashMap进行重构。
通过这一系列的计算和定义后，初始化Entry[]table;
put(key,value)
接下来看一对key-value是如何被存放到HashMap中：put(key,value)
publicVput(Kkey,Vvalue)
if(key==null)
returnputForNullKey(value);
inthash=hash(key.hashCode());
inti=indexFor(hash,table.length);
System.out.println(key+"-->hash值："+i);//这就是刚才程序打印出来的key对应hash值
for(Entry<K,V>e=table[i];e!=null;e=e.next)
Objectk;
if(e.hash==hash&&((k=e.key)==key||key.equals(k)))
VoldValue=e.value;
e.value=value;
e.recordAccess(this);
returnoldValue;


modCount++;
addEntry(hash,key,value,i);
returnnull;

staticinthash(inth)
h^=(h>>>20)^(h>>>12);
returnh^(h>>>7)^(h>>>4);

staticintindexFor(inth,intlength)
returnh&(length-1);

这里是整个hash的关键，请打开源码查看一步一步查看。
hash(key.hashCode())计算出key的hash码//对于hash()的算法，这里有一篇分析很透彻的文章<HashMaphash方法分析>
indexFor(hash,table.length)通过一个与算法计算出来，该key应在存放在Hash表的哪个格子中。
for(Entry<K,V>e=table[i];e!=null;e=e.next)然后再遍历table[i]格中的链表，判断是否已经存在一样的key，如果存在一样的key值，那么就用新的value覆盖旧的value，并把旧的value值返回。
addEntry(hash,key,value,i)如果经过遍历链表没有发现同样的key，那么进行addEntry函数的操作，增加当前key到hash表中的第i个格子中的链表中
voidaddEntry(inthash,Kkey,Vvalue,intbucketIndex)
Entry<K,V>e=table[bucketIndex];
table[bucketIndex]=newEntry<K,V>(hash,key,value,e);
if(size++>=threshold)
resize(2*table.length);

Entry<K,V>e=table[bucketIndex];创建一个Entry对象来存放键值（ps:Entry对象是一个链表对象）
table[bucketIndex]=newEntry<K,V>(hash,key,value,e);将Entry对象添加到链表中
if(size++>=threshold)resize(2*table.length);最后将size进行自增，判断size值是否大于重构因子，如果大于那么就是用resize进行扩容重构。
voidresize(intnewCapacity)
Entry[]oldTable=table;
intoldCapacity=oldTable.length;
if(oldCapacity==MAXIMUM_CAPACITY)
threshold=Integer.MAX_VALUE;
return;

Entry[]newTable=newEntry[newCapacity];
transfer(newTable);
table=newTable;
threshold=(int)(newCapacity*loadFactor);

这里为什么是否需要扩容重构，其实是涉及到负载因子的性能问题
loadFactor负载因子
上面说过loadFactor是一个hashMap的决定性属性，HashSet和HashMap的默认负载因子都是0.75，它表示，如果哈希表的容量超过3/4时，将自动成倍的增加哈希表的容量，这个值是权衡了时间和空间的成本，如果负载因子较高，虽然会减少对内存空间的需求，但也会增加查找数据的时间开销，无论是put()和get()都涉及到对数据进行查找的动作，所以负载因子是不适宜设置过高
get(key)
接下来看看get(key)做了什么
publicVget(Objectkey)
if(key==null)
returngetForNullKey();
inthash=hash(key.hashCode());
for(Entry<K,V>e=table[indexFor(hash,table.length)];
e!=null;
e=e.next)
Objectk;
if(e.hash==hash&&((k=e.key)==key||key.equals(k)))
returne.value;

returnnull;

这些动作似乎是跟put(key，value)相识，通过hash算法获取key的hash码，再通过indexFor定位出该key存在于table的哪一个下表，获取该下标然后对下标中的链表进行遍历比对，如果有符合就直接返回该key的value值。
keySet()
这里还涉及另一个问题，上面说了HashMap是跟set没有任何亲属关系，但map也一样实现了keySet接口，下面谱析一下keySet在hashMap中是如何实现的，这里给出部分代码，请结合源码查看
publicKnext()
returnnextEntry().getKey();

finalEntry<K,V>nextEntry()
if(modCount!=expectedModCount)
thrownewConcurrentModificationException();
Entry<K,V>e=next;
if(e==null)
thrownewNoSuchElementException();
if((next=e.next)==null)
Entry[]t=table;
while(index<t.length&&(next=t[index++])==null)
;

current=e;
returne;

代码很简单，就是对每个格子里面的链表进行遍历，也正是这个原因，当我们依次将key值put进hashMap中，但在使用map.entrySet().iterator()进行遍历时候却不是put时候的顺序。
扩容
在前面说到put函数的时候，已经提过了扩容的问题
if(size++>=threshold)
resize(2*table.length);
这里一个是否扩容的判断，当数据达到了threshold所谓的重构因子，而不是HashMap的最大容量，就进行扩容。
voidresize(intnewCapacity)
Entry[]oldTable=table;
intoldCapacity=oldTable.length;
if(oldCapacity==MAXIMUM_CAPACITY)
threshold=Integer.MAX_VALUE;
return;

Entry[]newTable=newEntry[newCapacity];
transfer(newTable);
table=newTable;
threshold=(int)(newCapacity*loadFactor);

voidtransfer(Entry[]newTable)
Entry[]src=table;
intnewCapacity=newTable.length;
for(intj=0;j<src.length;j++)
Entry<K,V>e=src[j];
if(e!=null)
src[j]=null;
do
Entry<K,V>next=e.next;
inti=indexFor(e.hash,newCapacity);
e.next=newTable[i];
newTable[i]=e;
e=next;
while(e!=null);



transfer方法实际上是将所有的元素重新进行一些hash，这是因为容量变化了，每个元素相对应的hash值也会不一样。
使用HashMap
1.不要再高并发中使用HashMap，HashMap是线程不安全，如果被多个线程共享之后，将可能发生不可预知的问题。
2.如果数据大小事固定的，最好在初始化的时候就给HashMap一个合理的容量值，如果使用newHashMap()默认构造函数，重构因子的值是16*0.75=12，当HashMap的容量超过了12后，就会进行一系列的扩容运算，重建一个原来成倍的数组，并且对原来存在的元素进行重新的hash运算，如果你的数据是有成千上万的，那么你的成千上万的数据也要跟这你的扩容不断的hash，这将产生高额的内存和cpu的大量开销。
当然啦，HashMap的函数还有很多，不过都是基于table的链表进行操作，当然也就是hash算法，Map&hashMap在平时我们的应用非常多，最重要的是我们要对每句代码中每块数据结构变化心中有数。
上面主要是参考了jdk源码，数据结构和一些相关资料本着好记性不如烂博客的精神记录下来，希望朋友们如果发觉哪里不对请指出来，虚心请教