java 基础 ---HashMapHashTable

Posted 2020-12-05 与其担心未来，不如现在好好努力。。。

HashMap、HashTable区别。

1、HashMap线程不安全，HashTable线程安全；

2、HashMap的键和值都允许null值存在，而HashTable不允许；

3、HashMap的效率高于Hashtable

 

* Hash table based implementation of the <tt>Map</tt> interface.  This

* implementation provides all of the optional map operations, and permits

* <tt>null</tt> values and the <tt>null</tt> key.  (The <tt>HashMap</tt>

* class is roughly equivalent to <tt>Hashtable</tt>, except that it is

* unsynchronized and permits nulls.)  This class makes no guarantees as to

* the order of the map; in particular, it does not guarantee that the order

* will remain constant over time.

 

HashMap是一哈种希表（链表的数组）的结构存储。HashMap的底层主要是基于数组和链表来实现的，通过计算散列来决定存储的位置（数组的下标），数组的每一个元素都是一个单链表的头节点。HashMap通过key的hashCode来计算hash值，hash值相同的对象在数组中的位置一样，此时出现hash冲突，HashMap通过链表的方式解决。

 

使用对象作为HashMap和HashTable的key时，需要去实现对象的hashCode()方法和equals()方法。

 

决定HashMap性能的2个关键因素：

initial capacity（初始化容量，默认16）和 load factor（加载因子，填满的程度，默认是0.75）。初始化容量必须为2的n次方。加载因子越大，填满的元素越多，空间利用率越高，hash冲突机会越大，链表长度越长，查找效率越低；加载因子越小，填满的元素越少，数据会过于疏散，空间会浪费（很多空间还没用就可能需要扩容），但是hash冲突会减少。

 

HashMap计算散列（数组下标）的公式：（table.length-1）& hash

HashTable计算散列的公式：(hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length（除法散列法）

相比较而言，取模会使用除法效率偏低，HashMap比HashTable效率高的一点表现。因为HashMap计算是使用（table.length-1）& hash。如果length为奇数，则（table.length-1）为偶数，最后一位（二进制）为0，这样通过&计算导致得出的散列值最后一位也为0，即只能为偶数，这样任何hash值都只会被散列到数组的偶数下标位置上，这便浪费了一半的空间，因此，length取2的整数次幂，即是为了使不同hash值发生碰撞的概率较小，也能避免过多的浪费空间使元素在哈希表中均匀地散列。

 

HashMap的扩容：newCap = oldCap << 1

当元素个数超过数组大小*load factor时，就会进行扩容，容量扩大一倍。即默认情况下，HashMap元素个数超过16*0.75=12时，数组大小扩大到2*16=32，然后需要重新计算每个元素在数组中的位置（length改变导致散列值变化），扩容是需要进行数组复制的，复制数组是非常消耗性能的操作，所以能预知HashMap元素数量时，预设元素个数就能够有效的提高HashMap性能。

HashTable的扩容：int newCapacity = (oldCapacity << 1) + 1;

 

如何能让HashMap同步：Map m = Collections.synchronizeMap(hashMap);

 

注意

JDK1.8之前：使用单向链表来存储相同索引值的元素。在最坏的情况下，这种方式会将HashMap的get方法的性能从O(1)降低到O(n)。

在JDK1.8：为了解决在频繁冲突时hashmap性能降低的问题，使用平衡树来替代链表存储冲突的元素。这意味着我们可以将最坏情况下的性能从O(n)提高到O(logn)。

在Java 8中使用常量TREEIFY_THRESHOLD来控制是否切换到平衡树来存储。目前，这个常量值是8，这意味着当有超过8个元素的索引一样时，HashMap会使用树来存储它们。

这一动态的特性使得HashMap一开始使用链表，并在冲突的元素数量超过指定值时用平衡二叉树替换链表。不过这一特性在所有基于hash table的类中并没有，例如Hashtable和WeakHashMap。目前，只有ConcurrentHashMap,LinkedHashMap和HashMap会在频繁冲突的情况下使用平衡树。

 

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”.

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。这一块就是JDK1.8新增的优化点。有一点注意区别，JDK1.7中rehash的时候，旧链表迁移新链表的时候，如果在新表的数组索引位置相同，则链表元素会倒置，但是从上图可以看出，JDK1.8不会倒置。