Java集合之HashMap

Posted 2021-03-04 syhyfh

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• 前言
• 正文
  • HashMap是如何实现的？
  • 有关HashMap的一些细节

前言

本篇文章是Map系列的第二篇(第一篇可参考Java集合之Map)，主要内容为：HashMap 底层实现原理是什么？HashMap的一些实现细节以及JDK8对HashMap做了哪些优化？

正文

HashMap是如何实现的？

在JDK1.8之前，HashMap是以数组加链表的形式组成的：数组即用来存储值；链表即用来处理哈希冲突：具有同一hash值的元素都存储在同一个链表中。这样做的问题就是：当一个链表中的元素过多时，通过链表依次查找的效率较低。由于红黑树具有快速增删改查的特点，所以在JDK1.8中，HashMap新增了红黑树的组成结构：当链表长度超过8并且HashMap中数组的length超过64时，链表结构就会转换成红黑树结构，这样就大大减少了查找时间。JDK1.8中HashMap的组成结构如下图所示：

JDK1.8以前HashMap的组成结构如下图所示：

有关HashMap的一些细节

通过查看JDK1.8的HashMap源码，我们可以发现下面变量：

/**
 * The load factor used when none specified in constructor.
 */
    static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;

我们需要注意的第一个细节就是：什么是负载系数？它的值为什么是0.75？

负载系数其实也叫扩容系数，它是用来判断何时进行扩容的。比如：假设负载系数是0.5，HashMap的初始容量是16，那么当HashMap中有16*0.5=8个元素时，HashMap就会进行扩容。这个系数之所以为0.75而不是其他数的原因其实就是容量和性能之间平衡的结果：当负载系数过大时，扩容发生的概率降低，占用的空间相对较小，但是发生哈希冲突的概率提高了；相反当负载系数过小时，发生哈希冲突的概率降低，但是扩容发生的概率提高了，占用的空间相对较多。

我们需要注意的第二个细节是HashMap中三个重要的方法：get()、put()和resize()。

对于HashMap的get()我们要注意：当发生哈希冲突(即hash值相同)时，会再判断key值是否相同。

对于HashMap的put()我们要注意下图展示的该方法的执行流程：

对于HashMap的resize()我们要注意：JDK1.7在扩容时是重新计算每个元素的哈希值；而JDK1.8在扩容时是通过位运算(源码为：e.hash & oldCap)来确定元素怎样移动：当得到的结果高一位为0时表示元素在扩容时位置不会发生任何变化；当得到的结果高一位为1时表示元素在扩容时位置发生了变化，新的位置等于原位置+原数组长度。如下图：

HashMap源码中的以下方法保证了哈希表的大小总是2的幂。

/**
 * Returns a power of two size for the given target capacity.
 */
static final int tableSizeFor(int cap) {
    int n = cap - 1;
    n |= n >>> 1;
    n |= n >>> 2;
    n |= n >>> 4;
    n |= n >>> 8;
    n |= n >>> 16;
    return (n < 0) ? 1 : (n >= MAXIMUM_CAPACITY) ? MAXIMUM_CAPACITY : n + 1;
}