Java 中的 HashMap 的工作原理是什么？

最新推荐文章于 2025-06-05 11:15:16 发布
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本文介绍Java中HashMap的数据结构和操作机制。HashMap通过键值对形式存储数据，利用hashCode和equals方法进行元素的添加和检索。文章还解释了HashMap的容量、负载因子及扩容阈值等关键概念。

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Java 中的 HashMap 的工作原理是什么？

Java 中的 HashMap 是以键值对(key-value)的形式存储元素的。HashMap 需要一个 hash 函数，它使用 hashCode()和 equals()方法来向集合/从集合添加和检索元素。当调用 put()方法的时候，HashMap 会计算 key 的 hash 值，然后把键值对存储在集合中合适的索引上。如果 key已经存在了，value 会被更新成新值。HashMap 的一些重要的特性是它的容量(capacity)，负 载因子(load factor)和扩容极限(threshold resizing)。

Java_HashMap的工作原理（Jdk1.8）
南瓜灯cc
09-22 3753
本文主要是从以下几个方面对HashMap进行分析: 一：什么是HashMap以及HashMap的基本特性有哪些？ 二：HashMap的基本工作原理是什么？ 三：关于put(),get()方法在源码层面是怎么实现的？（对put的源码做重点分析） 四：HashMap中的hash算法是如何实现的？ 五：HashMap使如何进行resize的？ 六：关于HashMap还可以深入了解
面试官：HashMap实现原理是什么？HashMap是线程安全的吗？
wdj_yyds的博客
12-24 1320
面试题1：说一下 HashMap 的实现原理？ 追问1：如何实现HashMap的有序？ 追问2：那TreeMap怎么实现有序的？ 追问3：put方法原理是怎么实现的？ 追问4：HashMap扩容机制原理 追问5：HashMap在JDK1.8都做了哪些优化？ 追问6：链表红黑树如何互相转换？阈值多少？ 面试题2：HashMap是线程安全的吗？ 追问1：你是如何解决这个线程不安全问题的？ 追问2：说一下大家为什么要选择ConcurrentHashMap？ 追问3：ConcurrentHashM
Java HashMap的工作原理
ywk253100的专栏
04-03 909
面试的时候经常会遇见诸如：“java中的HashMap是怎么工作的”，“HashMap的get和put内部的工作原理”这样的问题。本文将用一个简单的例子来解释下HashMap内部的工作原理。首先我们从一个例子开始，而不仅仅是从理论上，这样，有助于更好地理解，然后，我们来看下get和put到底是怎样工作的。 我们来看个非常简单的例子。有一个”国家”(Country)类，我们将要用Country对象
HashMap底层原理（超详细）
weixin_72504091的博客
06-05 2928
因为存储的数据,不是按顺序存的,是按hash值当下标存储的,每个对象的hash值不同,下标也就不固定,所以是无序的。
Java中的HashMap的工作原理是什么？
weixin_30735391的博客
07-17 205
Java中的HashMap是以键值对(key-value)的形式存储元素的。HashMap需要一个hash函数，它使用hashCode()和equals()方法来向集合/从集合添加和检索元素。当调用put()方法的时候，HashMap会计算key的hash值，然后把键值对存储在集合中合适的索引上。如果key已经存在了，value会被更新成新值。HashMap的一些重要的特性是它的容量(capaci...
Java的HashMap的工作原理是什么
01-08
hashmap是一个key-value键值对的数据结构，从结构上来讲在jdk1.8之前是用数组加链表的方式实现，jdk1.8加了红黑树，hashmap数组的默认初始长度是16，hashmap数组只允许一个key为null，允许多个value为null hashmap的...
java中HashMap的原理分析
09-02
HashMap是Java编程中不可或缺的数据结构，它提供了高效的键值对存储和检索能力。在深入探讨HashMap的原理之前，我们先来澄清几个基本概念。 1. **哈希码（Hash Code）**：HashMap依赖于对象的哈希码来进行快速查找...
【JAVA】Java中的HashMap的工作原理是什么？
疯
06-12 5808
hashmap是一个key-value键值对的数据结构，从结构上来讲在jdk1.8之前是用数组加链表的方式实现，jdk1.8加了红黑树，hashmap数组的默认初始长度是16，hashmap数组只允许一个key为null，允许多个value为null hashmap的内部实现，hashmap是使用数组+链表+红黑树的形式实现的，其中数组是一个一个Node[]数组，我们叫他hash桶数组，它上面存放...
Java 中的 HashMap 的工作原理是什么?
天马行空的创作中心
11-15 1004
Java 中的 HashMap 是以键值对(key-value)的形式存储元素的。HashMap 需要一个hash函数，它使用 has hCode()和 equals()方法来向集合/从集合添加和检索元素。当调用 put()方法的时候，HashMap会计算 key 的 hash 值，然后把键值对存储在集合中合适的索引上。如果 key 已经存在了，value 会被更新成新值。HashMap 的一些重...
Java中HashMap的工作原理是什么？
weixin_44099583的博客
01-04 674
HashMap通过链表来处理这种冲突，将具有相同哈希码的元素存储在同一数组位置的链表中。当数组的填充度超过阈值（默认为数组容量的75%），HashMap会进行扩容，通常扩容为原来的两倍，并重新分配所有元素。当添加一个元素时，HashMap会使用哈希函数计算键的哈希码，然后用这个哈希码来决定元素在数组中的存储位置。当链表长度超过一定阈值（默认为8）时，链表会转换为红黑树，以改善在高哈希冲突情况下的性能。HashMap基于数组和链表的结构，数组用于存储元素，链表用于解决哈希冲突。
Java HashMap工作原理及实现
ly969434341的专栏
05-25 534
1.参考 （1）Java HashMap工作原理及实现 https://yikun.github.io/2015/04/01/Java-HashMap工作原理及实现/
JAVA HashMap 的工作原理（译）
ChowChowT^T的博客
05-13 4317
原文链接：http://coding-geek.com/how-does-a-hashmap-work-in-java/#!parentId=11378 大多数Java程序员都使用过或者正在使用Map，特别是HashMap。HashMap虽然简单但却能够非常高效地存取数据。可是有多少人知道HashMap的内部原理呢？为了深入理解HashMap，几天前，我读了java.util.HashM
说说 Java 中 HashMap 的原理？
最新发布
07-22
<think>我们正在讨论Java HashMap的工作原理，根据用户提供的引用内容，我们可以总结出HashMap的核心实现机制。下面将结合引用内容详细解释HashMap的工作原理，并按照要求组织答案。 核心要点： 1. 数据结构：数组+链表+红黑树（JDK8及以后） 2. 哈希计算：通过扰动函数减少碰撞 3. 索引计算：通过哈希值计算数组下标 4. 解决冲突：链表和红黑树 5. 扩容机制：当元素数量超过阈值（容量*负载因子）时，扩容为原来的2倍 我们将按照以下结构进行说明： 一、底层数据结构 二、哈希计算与索引定位 三、put操作流程 四、get操作流程 五、扩容机制 六、树化与退化 注意：引用内容中提供了多个细节，我们将整合这些细节并标注引用。 开始回答：</think>### Java HashMap 实现原理与工作机制详解 HashMap 是 Java 集合框架中最核心的哈希表实现，基于 **数组 + 链表 + 红黑树** 的复合数据结构（JDK 8+优化），通过哈希算法实现高效键值对存取。以下是其核心原理和工作流程： --- #### 一、底层数据结构（JDK 8+） 1. **主体结构**： ```java transient Node<K,V>[] table; // 主数组（哈希桶数组） ``` - **数组**（哈希桶）：存储链表头节点或红黑树根节点。 - **链表节点**（`Node`）：处理哈希冲突时形成链表。 ```java static class Node<K,V> { final int hash; // 键的哈希值 final K key; // 键 V value; // 值 Node<K,V> next; // 下一节点指针 } ``` - **红黑树节点**（`TreeNode`）：链表过长时转换为树结构（JDK 8 优化）。 ```java static final class TreeNode<K,V> extends Node<K,V> { TreeNode<K,V> parent, left, right, prev; boolean red; // 红黑树颜色标记 } ``` 2. **数据结构演进**： | 场景 | 行为 | 阈值条件 | |---------------------|--------------------------|------------------------------| | 普通冲突 | 数组槽位挂载链表 | 链表长度 < 8 | | 冲突严重 | 链表转换为红黑树 | 链表长度 ≥ 8 **且** 数组长度 ≥ 64 | | 删除/扩容后节点减少 | 红黑树退化为链表 | 树节点数 ≤ 6 | --- #### 二、核心工作机制 1. **哈希计算（确定桶索引）**： - **扰动函数**：减少哈希碰撞（整合高/低16位特征）[^4]： ```java static final int hash(Object key) { int h; return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16); } ``` - **索引定位**： $$ \text{index} = (n - 1) \ \&\ \text{hash} $$ 其中 $n$ 是数组长度（**总是 $2^n$**），`&` 操作等价于取模运算 `hash % n`，但效率更高[^3]。 2. **PUT 操作流程**： ```mermaid graph TD A[计算 key 的 hash 值] --> B[计算桶索引 index] B --> C{桶是否为空？} C -- 空 --> D[直接插入新节点] C -- 非空 --> E{首节点是否匹配？} E -- 是 --> F[更新值] E -- 否 --> G{结构是链表还是树？} G -- 链表 --> H[遍历链表查找匹配节点] H -- 找到 --> F H -- 未找到 --> I[尾部插入新节点] I --> J{链表长度 ≥8？} J -- 是 --> K[树化] G -- 树 --> L[调用红黑树插入方法] ``` 3. **GET 操作流程**： - 计算 `key` 的哈希值和桶索引。 - 若桶首节点匹配则直接返回。 - 否则遍历链表或红黑树查找匹配节点。 4. **扩容机制（Resize）**： - **触发条件**：元素数量 > 容量 × 负载因子（默认 0.75）。 - **操作步骤**： 1. 创建新数组（容量翻倍为 $2n$）。 2. 遍历旧数组，重新计算节点在新数组中的位置。 3. **JDK 8 优化**：利用高位标记避免重新哈希[^4]： $$ \text{newIndex} = \text{原索引} \quad \text{OR} \quad \text{原索引} + \text{旧容量} $$ 4. 链表/树节点按需拆分到新桶。 --- #### 三、关键特性 1. **允许 `null` 键值**：`key=null` 时哈希值固定为 0。 2. **非线程安全**：多线程操作需用 `ConcurrentHashMap`。 3. **迭代无序**：遍历顺序不保证与插入顺序一致。 4. **初始容量优化**： ```java // 保证数组长度是 2^n（如初始传17，实际分配32） int capacity = 1; while (capacity < initialCapacity) capacity <<= 1; // 位运算优化[^3] ``` --- #### 四、性能分析 | 操作 | 平均时间复杂度 | 最坏时间复杂度 | |------------|----------------|----------------| | `get()` | $O(1)$ | $O(\log n)$ |（树化后） | `put()` | $O(1)$ | $O(\log n)$ | | `remove()` | $O(1)$ | $O(\log n)$ | > **提示**：哈希碰撞会显著降低性能，需确保 `key.hashCode()` 分布均匀[^1]。 --- ### 相关问题 1. **为什么 HashMap 要求重写 `equals()` 时必须重写 `hashCode()`？** 2. **JDK 8 中红黑树转换阈值为什么是 8？退化阈值为什么是 6？** 3. **多线程下 HashMap 的死循环问题是如何产生的？** 4. **`ConcurrentHashMap` 如何实现线程安全？与 `HashMap` 有何区别？** 5. **为什么 HashMap 的数组长度总是 2 的幂次方？** [^1]: HashMap 底层实现原理详解 [^2]: Java HashMap 核心工作原理 [^3]: HashMap 哈希计算优化 [^4]: HashMap 数据结构与扩容机制
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