HashMap碰撞问题

Posted 2020-10-20 大圣

HashMap是最常用的集合类框架之一，它实现了Map接口，所以存储的元素也是键值对映射的结构，并允许使用null值和null键，其内元素是无序的，如果要保证有序，可以使用LinkedHashMap。HashMap是线程不安全的，下篇文章会讨论。HashMap的类关系如下：

　　　　java.util 

　　　　Class HashMap<K,V>

　　　　　　java.lang.Object

  　　　　　　　　|--java.util.AbstractMap<K,V>

    　　　　　　　　　　  |--java.util.HashMap<K,V>

所有已实现的接口：

　　Serializable,Cloneable,Map<K,V>

直接已知子类：

　　LinkedHashMap,PrinterStateReasons

 

　　HashMap中用的最多的方法就属put() 和 get() 方法；HashMap的Key值是唯一的，那如何保证唯一性呢？我们首先想到的是用equals比较，没错，这样可以实现，但随着内部元素的增多，put和get的效率将越来越低，这里的时间复杂度是O(n)，假如有1000个元素，put时最差情况需要比较1000次。实际上，HashMap很少会用到equals方法，因为其内通过一个哈希表管理所有元素，哈希是通过hash单词音译过来的，也可以称为散列表，哈希算法可以快速的存取元素，当我们调用put存值时，HashMap首先会调用Key的hash方法，计算出哈希码，通过哈希码快速找到某个存放位置（桶），这个位置可以被称之为bucketIndex，但可能会存在多个元素找到了相同的bucketIndex，有个专业名词叫碰撞，当碰撞发生时，这时会取到bucketIndex位置已存储的元素，最终通过equals来比较，equals方法就是碰撞时才会执行的方法，所以前面说HashMap很少会用到equals。HashMap通过hashCode和equals最终判断出Key是否已存在，如果已存在，则使用新Value值替换旧Value值，并返回旧Value值，如果不存在 ，则存放新的键值对<K, V>到bucketIndex位置。通过下面的流程图来梳理一下整个put过程。

 　　　　　　　　　　

 

 

最终HashMap的存储结构会有这三种情况，我们当然期望情形3是最少发生的（效率最低）。

 

HashMap 碰撞问题处理：

　　碰撞：所谓“碰撞”就上面所述是多个元素计算得出相同的hashCode，在put时出现冲突。

　　处理方法：

　　Java中HashMap是利用“拉链法”处理HashCode的碰撞问题。在调用HashMap的put方法或get方法时，都会首先调用hashcode方法，去查找相关的key，当有冲突时，再调用equals方法。hashMap基于hasing原理，我们通过put和get方法存取对象。当我们将键值对传递给put方法时，他调用键对象的hashCode()方法来计算hashCode，然后找到bucket（哈希桶）位置来存储对象。当获取对象时，通过键对象的equals()方法找到正确的键值对，然后返回值对象。HashMap使用链表来解决碰撞问题，当碰撞发生了，对象将会存储在链表的下一个节点中。hashMap在每个链表节点存储键值对对象。当两个不同的键却有相同的hashCode时，他们会存储在同一个bucket位置的链表中。键对象的equals()来找到键值对。

 HashMap基本结构概念图：

　　　　　　

 

到目前为止，我们了解了两件事：

　　1、HashMap通过键的hashCode来快速的存取元素。

　　2、当不同的对象发生碰撞时，HashMap通过单链表来解决，将新元素加入链表表头，通过next指向原有的元素。单链表在Java中的实现就是对象的引用(复合)。

 

 HashMap.put()和get()源码：

/** 
 * Returns the value to which the specified key is mapped, 
 * or if this map contains no mapping for the key. 
 * 
 * 获取key对应的value 
 */  
public V get(Object key) {  
    if (key == null)  
        return getForNullKey();  
    //获取key的hash值  
    int hash = hash(key.hashCode());  
    // 在“该hash值对应的链表”上查找“键值等于key”的元素  
    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;  
}  

/** 
 * Offloaded version of get() to look up null keys.  Null keys map 
 * to index 0.   
 * 获取key为null的键值对，HashMap将此键值对存储到table[0]的位置 
 */  
private V getForNullKey() {  
    for (Entry<K,V> e = table[0]; e != null; e = e.next) {  
        if (e.key == null)  
            return e.value;  
    }  
    return null;  
}  

/** 
 * Returns <tt>true</tt> if this map contains a mapping for the 
 * specified key. 
 * 
 * HashMap是否包含key 
 */  
public boolean containsKey(Object key) {  
    return getEntry(key) != null;  
}  

/** 
 * Returns the entry associated with the specified key in the 
 * HashMap.   
 * 返回键为key的键值对 
 */  
final Entry<K,V> getEntry(Object key) {  
    //先获取哈希值。如果key为null，hash = 0；这是因为key为null的键值对存储在table[0]的位置。  
    int hash = (key == null) ? 0 : hash(key.hashCode());  
    //在该哈希值对应的链表上查找键值与key相等的元素。  
    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 != null && key.equals(k))))  
            return e;  
    }  
    return null;  
}  


/** 
 * Associates the specified value with the specified key in this map. 
 * If the map previously contained a mapping for the key, the old 
 * value is replaced. 
 * 
 * 将“key-value”添加到HashMap中，如果hashMap中包含了key，那么原来的值将会被新值取代 
 */  
public V put(K key, V value) {  
    //如果key是null，那么调用putForNullKey(),将该键值对添加到table[0]中  
    if (key == null)  
        return putForNullKey(value);  
    //如果key不为null，则计算key的哈希值，然后将其添加到哈希值对应的链表中  
    int hash = hash(key.hashCode());  
    int i = indexFor(hash, table.length);  
    for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) {  
        Object k;  
        //如果这个key对应的键值对已经存在，就用新的value代替老的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;  
}

从HashMap的put()和get方法实现中可以与拉链法解决hashCode冲突解决方法相互印证。并且从put方法中可以看出HashMap是使用Entry<K,V>来存储数据。