为啥Hashmap内部使用LinkedList而不是Arraylist

Posted 2023-02-25

【中文标题】为啥Hashmap内部使用LinkedList而不是Arraylist

【英文标题】：Why does Hashmap Internally use LinkedList instead of Arraylist为什么Hashmap内部使用LinkedList而不是Arraylist

【发布时间】：2015-09-06 14:11:13

【问题描述】：

为什么Hashmap 在内部使用LinkedList 而不是Arraylist 当两个对象放在哈希表的同一个桶中？

【问题讨论】：

考虑移除成本。

从 AL 中删除特定项目在时间和空间上都比从 LL 中更复杂。除此之外，根本没有使用 AL 的好处，例如通过索引查找项目

你还有两个问题是什么？

请注意，它使用的是链表，而不是 java.util.LinkedList。这些条目只是有一个指向桶中下一个条目的指针。这个列表一般应该只包含一个元素，或者至少很少，所以遍历成本不是问题。而且按索引访问也没用，所以不需要数组。

使用 ArrayList 会消耗太多内存（如果数组太大），或者需要频繁复制到更大的数组（如果数组太小）。链表OTOH使用的内存与元素的数量成正比，添加一个新条目总是O(1)。

【参考方案1】：

为什么HashMap在内部使用s LinkedList而不是Arraylist，当两个对象被放入哈希表的同一个桶中时？

实际上，它都不使用任何一个 (!)。

它实际上使用了一个通过链接哈希表条目实现的单链表。 （相比之下，LinkedList 是双向链接的，它要求列表中的每个元素都有一个单独的 Node 对象。）

那我为什么要在这里吹毛求疵？因为它实际上很重要……因为这意味着LinkedList 和ArrayList 之间的正常 权衡不适用。

正常的权衡是：

ArrayList 使用较少的空间，但在最坏的情况下插入和删除选定元素是O(N)。

LinkedList 使用更多空间，但插入和删除选定元素¹ 是O(1)。

但是，在将HashMap入口节点链接在一起形成的私有单链表的情况下，空间开销是一个引用（同ArrayList），插入一个节点的成本是O(1)（同为LinkedList），移除一个选中的节点的成本也是O(1)（与LinkedList相同）。

仅依靠“大 O”进行此分析是可疑的，但是当您查看实际代码时，很明显 HashMap 在删除和插入性能上确实击败了 ArrayList，并且在查找方面具有可比性. （这忽略了内存局部性影响。）而且它还使用比 ArrayList 或 LinkedList 更少的内存用于链接......考虑到已经有内部条目对象来保存键/值对。

但它变得更加复杂。在 Java 8 中，他们彻底检查了 HashMap 内部数据结构。在当前的实现中，一旦哈希链超过某个长度阈值，如果键类型实现Comparable，则实现切换到使用二叉树表示。

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^{1 - 如果您找到插入/删除点，则插入/删除是O(1)。例如，如果您在 LinkedList 对象的 ListIterator 上使用插入和删除方法。}

【参考方案2】：

简短回答：Java 使用 LinkedList 或 ArrayList（无论哪个它认为适合数据）。

长答案

虽然 sorted ArrayList 看起来很明显，但使用 LinkedList 有一些实际好处。 我们需要记住，LinkedList 链仅在发生键冲突时使用。 但是作为哈希函数的定义：碰撞应该是罕见的

在极少数的冲突情况下，我们必须在 Sorted ArrayList 或 LinkedList 之间进行选择。 如果我们比较 sorted ArrayList 和 LinkedList 会有一些明显的权衡

插入和删除：Sorted ArrayList 需要 O(n)，但 LinkedList 需要常数 O(1) 检索：Sorted ArrayList 需要 O(logn)，LinkedList 需要 0(n)。

现在，很明显 LinkedList 在插入和删除时优于 sorted ArrayList，但在检索时却很糟糕。

在更少的冲突中，排序的 ArrayList 带来的价值更少（但更多的开销）。 但是当碰撞更加频繁并且碰撞元素列表变大（超过一定阈值）时，Java 将碰撞数据结构从 LinkedList 更改为 ArrayList。

【讨论】：

Java Hashmap 使用单链表，不使用 Arraylist。请参考上述说明。

【参考方案3】：

这基本上归结为 ArrayList 和 LinkedList 的复杂性。 LinkedList 中的插入（当顺序不重要时）是 O(1)，只需附加到开始。 在 ArrayList 中插入（当顺序不重要时）是 O(N) ，遍历到 end 并且还有调整大小的开销。

LinkedList中的移除是O(n)，遍历并调整指针。 arraylist 中的删除可能是 O(n^2) ，遍历元素并移动元素或调整 Arraylist 的大小。

在任何一种情况下，包含将是 O(n)。

当使用 HashMap 时，我们将期望 O(1) 的添加、删除和包含操作。使用 ArrayList 会导致桶中添加、删除操作的成本更高

【讨论】：

"arraylist 中的删除可能是 O(n^2) ，遍历元素并移动元素"：这实际上只会使其 O(n) i>，因为 O(n + n) = O(2*n) = O(n).

还要考虑内存开销。 ArrayList 过度分配，对于具有低负载因子的大型哈希表，这变得非常重要。

“ArrayList 中的插入（当顺序不重要时）是 O(N) ，遍历到结束并且还有调整大小的开销。”：这似乎是一个误解。在基于数组的列表中，您通常知道结尾在哪里，因此插入（包括摊销调整大小）也是 O(1)。