Java8集合2-HashMap的实现原理
Posted 我们村里的小花儿
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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了Java8集合2-HashMap的实现原理相关的知识，希望对你有一定的参考价值。
1、概述
HashMap是哈希表基于Map接口的实现，它允许null值和null键，它不是线程同步的，同时也不保证有序。Map的这种实现方式为get（取）和put（存）带来了比较好的性能。但是如果涉及到大量的遍历操作的话，就尽量不要把capacity设置得太高（或load factor设置得太低），否则会严重降低遍历的效率。影响HashMap性能的两个重要参数：“initial capacity”（初始化容量）和”load factor“（负载因子）。简单来说，容量就是哈希表桶的个数，负载因子就是键值对个数与哈希表长度的一个比值，当比值超过负载因子之后，HashMap就会进行rehash操作来进行扩容。
HashMap 的大致结构如下图所示，其中哈希表是一个数组，我们经常把数组中的每一个节点称为一个桶，哈希表中的每个节点都用来存储一个键值对。在插入元素时，如果发生冲突（即多个键值对映射到同一个桶上）的话，就会通过链表的形式来解决冲突。因为一个桶上可能存在多个键值对，所以在查找的时候，会先通过key的哈希值先定位到桶，再遍历桶上的所有键值对，找出key相等的键值对，从而来获取value。
2、属性
//默认的初始容量为16
static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; // aka 16
//最大的容量上限为2^30
static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;
//默认的负载因子为0.75
static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;
//变成树型结构的临界值为8
static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8;
//恢复链式结构的临界值为6
static final int UNTREEIFY_THRESHOLD = 6;
//哈希表
transientNode<K,V>[] table;
//哈希表中键值对的个数
transient int size;
//哈希表被修改的次数
transient int modCount;
//它是通过capacity*load factor计算出来的，当size到达这个值时，就会进行扩容操作int threshold;
/当哈希表的大小超过这个阈值，才会把链式结构转化成树型结构，否则仅采取扩容来尝试减少冲突
static final int MIN_TREEIFY_CAPACITY = 64;
下面是Node 类的定义，它是HashMap 中的一个静态内部类，哈希表中的每一个节点都是Node 类型。我们可以看到，Node 类中有4 个属性，其中除了key 和value 之外，还有hash 和next 两个属性。hash 是用来存储key 的哈希值的，next 是在构建链表时用来指向后继节点的。
3、方法
put(K key,V value)
put方法比较复杂，实现步骤大致如下：
1)先通过hash值计算出key映射到哪个桶。
2)如果桶上没有碰撞冲突，则直接插入。
3)如果出现碰撞冲突了，则需要处理冲突：
（1）如果该桶使用红黑树处理冲突，则调用红黑树的方法插入。
（2）否则采用传统的链式方法插入。如果链的长度到达临界值，则把链转变为红黑树。
4)如果桶中存在重复的键，则为该键替换新值。
5)如果size大于阈值，则进行扩容。
get(Object key)
实现步骤大致如下：
1)通过hash值获取该key映射到的桶。
2)桶上的key就是要查找的key，则直接命中.
3)桶上的key不是要查找的key，则查看后续节点：
（1）如果后续节点是树节点，通过调用树的方法查找该key。
（2）如果后续节点是链式节点，则通过循环遍历链查找该key。
hash方法
在get方法和put方法中都需要先计算key映射到哪个桶上，然后才进行之后的操作，计算的主要代码如下：
(n -1) & hash
上面代码中的n指的是哈希表的大小，hash指的是key的哈希值，hash是通过下面这个方法计算出来的，采用了二次哈希的方式，其中key的hashCode方法是一个native方法：
static final int hash(Object key) {
int h;
return(key == null) ? 0: (h = key.hashCode()) ^ (h >>>16);
这个hash方法先通过key的hashCode方法获取一个哈希值，再拿这个哈希值与它的高16位的哈希值做一个异或操作来得到最后的哈希值，计算过程可以参考下图。为啥要这样做呢？注释中是这样解释的：如果当n很小，假设为64的话，那么n-1即为63（0x111111），这样的值跟hashCode()直接做与操作，实际上只使用了哈希值的后6位。如果当哈希值的高位变化很大，低位变化很小，这样就很容易造成冲突了，所以这里把高低位都利用起来，从而解决了这个问题
正是因为与的这个操作，决定了HashMap的大小只能是2的幂次方，想一想，如果不是2的幂次方，会发生什么事情？即使你在创建HashMap的时候指定了初始大小，HashMap在构建的时候也会调用下面这个方法来调整大小：
这个方法的作用看起来可能不是很直观，它的实际作用就是把cap变成第一个大于等于2的幂次方的数。例如，16还是16，13就会调整为16，17就会调整为32。
resize方法
H 以上是关于Java8集合2-HashMap的实现原理的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章