2024全网最全HashMap的时间复杂度专题(25秋招走起~)

问:ConcurrentHashMap 的存储结构是怎样的?

  • Java7 中 ConcurrnetHashMap 使用的分段锁,也就是每一个 Segment 上同时只有一个线程可以操作,每一个 Segment 都是一个类似 HashMap 数组的结构,它可以扩容,它的冲突会转化为链表。但是 Segment 的个数一但初始化就不能改变,默认 Segment的个数是 16 个。
  • Java8 中的 ConcurrnetHashMap 使用的 Synchronized 锁加 CAS 的机制。结构也由 Java7 中的 Segment 数组 + HashEntry 数组 + 链表 进化成了 Node 数组 + 链表 / 红黑树,Node 是类似于一个 HashEntry 的结构。它的冲突再达到一定大小时会转化成红黑树,在冲突小于一定数量时又退回链表。

https://www.processon.com/view/link/638bfe69e0b34d527931186b

以上链接,请参见《尼恩Java 面试宝典》V14版本。

聊聊:HashMap的时间复杂度

HashMap容器O(1)的查找时间复杂度只是其理想的状态,而这种理想状态需要由java设计者去保证。

在由设计者保证了链表长度尽可能短的前提下,由于利用了数组结构,使得key的查找在O(1)时间内完成。

可以将 HashMap分成两部分来看待,hash和map。map只是实现了键值对的存储。而其整个O(1)的查找复杂度很大程度上是由hash来保证的。

HashMap对hash的使用体现出一些设计哲学,如:通过key.hashCode()将普通的object对象转换为int值,从而可以将其视为数组下标,利用数组O(1)的查找性能。

OK,下面我们来看看HashMap中新增元素的时间复杂度。

put操作的流程:

第一步:key.hashcode(),时间复杂度O(1)。

第二步:找到桶以后,判断桶里是否有元素,如果没有,直接new一个entry节点插入到数组中。时间复杂度O(1)。

第三步:如果桶里有元素,并且元素个数不超过8时,则调用equals方法,比较是否存在相同名字的key,不存在则new一个entry插入都链表尾部。时间复杂度O(1)+O(n)=O(n)。

第四步:如果桶里有元素,并且元素个数超过8时,则调用equals方法,比较是否存在相同名字的key,不存在则new一个entry插入红黑树。时间复杂度O(1)+O(logn)=O(logn)。红黑树查询的时间复杂度是logn。

通过上面的分析,我们可以得出结论,HashMap新增元素的时间复杂度是不固定的,可能的值有O(1)、O(logn)、O(n)。

get操作的流程:

和put操作的流程很类似, 需要从 计算key的hashcode,得到key的bucket 桶的槽位,然后通过 equals方法,在桶的链表或者红黑树里边,一个一个的比较,找到 equals方法为true的为主。

通过上面的分析,我们可以得出结论,HashMap获取元素的时间复杂度是不固定的,可能的值有O(1)、O(logn)、O(n)。

根因:hash碰撞问题

HashMap在put、get元素时,首先会计算key的hashcode,如果没有发生hash碰撞,而不是去调用equals方法。

为什么呢?因为equals方法的时间复杂度是O(n)。

但是HashMap,无论hash多么分布均匀,在空间不够僧多粥少的情况下,基本都会存在hash碰撞问题,

最坏的情况下,所有的key都被分配到了同一个桶,这时map的put和get时间复杂度都是O(n)。

所以HashMap的设计者必须要考虑的一个问题就是减少hash碰撞。

HashMap解决哈希冲突采用的是哪种方式呢?

答:HashMap解决哈希冲突采用的是链地址法

说白了就是把冲突的key连接起来,放到桶里。

当桶中的元素个数不超过8时,以单链表的形式串起来,put和get时间复杂度都是O(1)+O(n)。

当桶中的元素个数超过8个时,以红黑树的形式串起来,put和get时间复杂度都是O(1)+O(logn)。

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