HashMap的实现原理--链表散列

Posted 2020-11-01 朝北教室的风筝

hashmap的扩容因子是0.75 原因 参考：HashMap默认加载因子为什么选择0.75？(阿里)

1.    HashMap概述

   HashMap是基于哈希表的Map接口的非同步实现。此实现提供所有可选的映射操作，并允许使用null值和null键。此类不保证映射的顺序，特别是它不保证该顺序恒久不变。

2.    HashMap的数据结构

   在java编程语言中，最基本的结构就是两种，一个是数组，另外一个是模拟指针（引用），所有的数据结构都可以用这两个基本结构来构造的，HashMap也不例外。HashMap实际上是一个“链表散列”的数据结构，即数组和链表的结合体。这样的结构结合了链表在增删方面的高效和数组在寻址上的优势

hashmap结构：哈希表是由数组+链表组成的，数组的默认长度为16 ，注意 hashtable的数组的默认长度是11（可以自动变长。在构造HashMap的时候也可以指定一个长度），数组里每个元素存储的是一个链表的头结点。而组成链表的结点其实就是hashmap内部定义的一个类：Entity。Entity包含三个元素：key，value和指向下一个Entity的next

3.　　HashMap的存取

这些元素是按照什么样的规则存储到数组中呢。一般情况是通过hash(key)%（len-1）获得，也就是元素的key的哈希值对数组长度取模得到。比如上述哈希表中，12%16=12,28%16=12,108%16=12,140%16=12。所以12、28、108以及140都存储在数组下标为12的位置。

HashMap的存储--put：

int hash = key.hashCode(); // 这个hashCode方法这里不详述,只要理解每个key的hash是一个固定的int值
int index = hash %（ Entry[].length-1）;
table[index] = value;//假定存储链表头结点的数组名为table

用table[index]表示通过hash值计算出来的、元素需要存储在数组中的位置。先判断该位置上有没有存有Entity,没有的话就创建一个Entity<k,v>对象，在该位置上插入，插入结束；如果有的话，通过链表的遍历方式去逐个遍历，通过equals方法将key和已有的key进行比较，看看有没有已经存在的key，有的话用新的value替换老的value；如果没有，则在table[index]插入该Entity，把原来在table[index]位置上的Entity赋值给新的 Entity的next，也即，新的Entity插入（put）的位置永远是在链表的最前面（百度面试），这样插入结束。 

打个比方， 第一个键值对A进来，通过计算其key的hash得到的index=0，记做:table[0] = A。一会后又进来一个键值对B，通过计算其index也等于0，现在怎么办？HashMap会这样做:B.next = A,table[0] = B,如果又进来C,index也等于0,那么C.next = B,table[0] = C；这样我们发现index=0的地方其实存取了A,B,C三个键值对,他们通过next这个属性链接在一起。

注：null key总是存放在Entry[]数组的第一个元素。

扩展：

按照散列函数的定义，如果两个对象相同，即obj1.equals(obj2)=true，则它们的hashCode必须相同，但如果两个对象不同，则它们的hashCode不一定不同。

如果两个不同对象的hashcode相同，就称为冲突。冲突会导致操作哈希表的时间开销增大，所以尽量定义好的hashCode()方法，能加快哈希表的操作。覆盖了equals方法之后一定要覆盖hashCode方法，原因很简单，比如，String a = new String(“abc”);String b = new String(“abc”);如果不覆盖hashCode的话，那么a和b的hashCode就会不同，把这两个类当做key存到HashMap中的话就 会出现问题，就会和key的唯一性相矛盾。

 HashMap的读取--get:

先定位到数组元素，再遍历该元素处的链表

public V get(Object key) {
        if (key == null)
            return getForNullKey();
        int hash = hash(key.hashCode());
        //先定位到数组元素，再遍历该元素处的链表
        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;//显然，在寻找目标元素的时候，除了对比通过key计算出来的hash值，还会用双等或equals方法对key本身来进行比较，两者都为true时才会返回这个元素
        }
        return null;
}

 

遍历规则：如下：

 

import java.util.Collection;
import java.util.HashMap;
import java.util.Iterator;
import java.util.Map;
import java.util.Map.Entry;

public class abc_test {

    public static void main(String[] args) {
        // TODO Auto-generated method stub 
        
        Map<String,String> map=new HashMap<String,String>();
        map.put("1", "value1");
        map.put("2", "value2");
        map.put("3", "value3");
        map.put("4", "value4");
        

        //第一种：普通使用，二次取值
        System.out.println("\\n通过Map.keySet遍历key和value：");  
        for(String key:map.keySet())
        {
         System.out.println("Key: "+key+" Value: "+map.get(key));
        }
        
        //第二种：推荐，尤其是容量大时  
        System.out.println("\\n通过Map.entrySet遍历key和value");  
        for(Map.Entry<String, String> entry: map.entrySet())
        {
         System.out.println("Key: "+ entry.getKey()+ " Value: "+entry.getValue());
        }
        
        //第三种  
        System.out.println("\\n通过Map.values()遍历所有的value，但不能遍历key");  
        for(String v:map.values())
        {
         System.out.println("The value is "+v);
        }
        
        
        //第四种
        System.out.println("\\n通过Iterator 遍历Map.entrySet的key和value: ");  
        Iterator map1it=map.entrySet().iterator();
        while(map1it.hasNext())
        {
         Map.Entry<String, String> entry=(Entry<String, String>) map1it.next();
         System.out.println("Key: "+entry.getKey()+" Value: "+entry.getValue());
        }
        
        //第五种
        System.out.println("\\n通过iterator 遍历Map.keySet的key和value: ");  
        Iterator keyIter=map.keySet().iterator();
        while(keyIter.hasNext())
        {
            String key=(String)keyIter.next();
             System.out.println("Key: "+key+" Value: "+map.get(key));
        }
        
        

    }
    
       private static void print(Collection<Person> set)
        {
            Iterator<Person> it = set.iterator();
            while (it.hasNext())
            {
                Person p = it.next();
                System.out.println(p.toString());
            }
        }

}

class test {
    
    public int d;
    public     String name;
    public int getD() {
        return d;
    }
    public void setD(int d) {
        this.d = d;
    }
    public String getName() {
        return name;
    }
    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }
    @Override
    public boolean equals(Object obj) {
        // TODO Auto-generated method stub
        return super.equals(obj);
    }
    
    
    
    
}

 class Person
{
      public Person(String name, int age)
        {
            this.name = name;
            this.age = age;
        }

        private String name;
        private int age;

        public String getName()
        {
            return name;
        }

        public void setName(String name)
        {
            this.name = name;
        }

        public int getAge()
        {
            return age;
        }

        public void setAge(int age)
        {
            this.age = age;
        }

        public String toString()
        {
            return "{" + name + ", " + age + "}";
        }

}

class joinDemo implements Runnable{
    
    
    

    @Override
    public void run() {
        // TODO Auto-generated method stub
        
        for(int i=0;i<10;i++){
            
            System.out.println("线程1第"+i+"次执行");
        }
        
    }
    
      
     
}

  结果为： 

通过Map.keySet遍历key和value：
Key: 1 Value: value1
Key: 2 Value: value2
Key: 3 Value: value3
Key: 4 Value: value4

通过Map.entrySet遍历key和value
Key: 1 Value: value1
Key: 2 Value: value2
Key: 3 Value: value3
Key: 4 Value: value4

通过Map.values()遍历所有的value，但不能遍历key
The value is value1
The value is value2
The value is value3
The value is value4

通过Iterator 遍历Map.entrySet的key和value: 
Key: 1 Value: value1
Key: 2 Value: value2
Key: 3 Value: value3
Key: 4 Value: value4

通过iterator 遍历Map.keySet的key和value: 
Key: 1 Value: value1
Key: 2 Value: value2
Key: 3 Value: value3
Key: 4 Value: value4

 

参考：遍历HashMap的四种方法

参考：HashMap的实现原理--链表散列