java集合（HashMap）-优快云博客

HshMap实现原理

Hashing(散列法或哈希法)的概念

哈希表（hash table）也叫散列表，是一种非常重要的数据结构

应用场景之一：缓存技术（memcached的核心就是在内存中维护一张大的哈希表）

MD5，SSL都属于Hash算法，通过Key进行Hash的计算，就可以获取Key对应的HashCode

HashMap概念

HashMap是基于哈希表的Map接口的非同步实现。（线程不安全）

并允许使用null值和null键。

HashMap是一个“链表散列”的数据结构，即是数组和链表的结合体。

数组：存储区间连续，占用内存严重，寻地址容易，插入删除困难；

链表：存储区间离散，占用呢村比较宽松，寻地址困难，插入删除容易；

HashMap综合结合了两种数据结构，实现寻址容易，插入删除也容易。

数据结构：

1、数组

用一段连续的存储单元来存储数据。

知道下标进行查找，时间复杂度为O(1)。

知道value值进行查找，时间复杂度为O(n)，因为需要遍历数组，逐一比对给定关键字和数组元素。

对于有序数组，则可采用二分查找，斐波那契查找等方式，可将查找复杂度提高为O(logn)。

插入、删除操作，涉及到数组元素的移动，其平均复杂度也为O(n)。

2、线性链表

新增，删除等操作（在找到指定操作位置后），仅需处理结点间的引用即可，时间复杂度为O(1)。

查找操作需要遍历链表逐一进行比对，复杂度为O(n)。

3、二叉树

一颗相对平衡的有序二叉树，对其进行插入，查找，删除等操作，平均复杂度均为O(logn)。

4、哈希表

不考虑哈希冲突的情况下，相比上述几种数据结构，在哈希表中进行添加、删除、查找等操作，仅需一次定位即可完成，时间复杂度为O(1)，性能十分之高。

讲解一下哈希表是如何实现达到常数阶O(1)的：

数据结构的物理存储结构两种：顺序存储结构和链式存储结构（像栈、队列、树、图等是从逻辑结构去抽象的，映射到内存中，也这两种物理组织形式），在数组中根据下标查找某个元素，一次定位就可以达到，哈希表利用了这种特性，哈希表的主干就是数组。

比如我们要新增或查找某个元素，我们通过把当前元素的关键字通过某个函数映射到数组中的某个位置，通过数组下标一次就可完成操作。

存储位置 = f(关键字)

其中，这个函数f一般称为哈希函数，这个函数的设计会直接影响到哈希表的优劣。

比如我们要在哈希表中执行插入操作：

查找操作同理，先通过哈希函数计算出实际存储地址，然后从数组中对应地址取出即可。

哈希冲突

然而万事无完美，如果两个不同的元素，通过哈希函数得出的实际存储地址相同怎么办？

也就是说：当我们对某个元素进行哈希运算，得到一个存储地址，然后要进行插入的时候，发现已经被其他元素占用了，其实这就是所谓的哈希冲突，也叫哈希碰撞。前面我们提到过，哈希函数的设计至关重要。

好的哈希函数会尽可能地保证计算简单和散列地址分布均匀，但是我们需要如果解决呢？

哈希冲突的解决方案有多种：开放定址法（发生冲突，继续寻找下一块未被占用的存储地址），散列函数法，链地址法，而HashMap即是采用了链地址法，也就是数组+链表的方式。

HashMap实现原理

JDK1.7

HashMap的主干是一个Entry数组。Entry是HashMap的基本组成单元，每一个Entry包含一个key-value键值对。

//HashMap的主干数组，可以看到就是一个Entry数组，初始值为空数组{}，主干数组的长度一定是2的次幂，至于为什么这么做，后面会有详细分析。
transient Entry<K,V>[] table = (Entry<K,V>[]) EMPTY_TABLE;

Entry是HashMap中的一个静态内部类。

static class Entry<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
        final K key;
        V value;
        Entry<K,V> next;//存储指向下一个Entry的引用，单链表结构
        int hash;//对key的hashcode值进行hash运算后得到的值，存储在Entry，避免重复计算

        /**
         * Creates new entry.
         */
        Entry(int h, K k, V v, Entry<K,V> n) {
            value = v;
            next = n;
            key = k;
            hash = h;
        }

HashMap的整体结构如下

简单来说，HashMap由数组+链表组成的，数组是HashMap的主体，链表则是主要为了解决哈希冲突而存在的，如果定位到的数组位置不含链表（当前entry的next指向null），那么对于查找，添加等操作很快，仅需一次寻址即可；如果定位到的数组包含链表，对于添加操作，其时间复杂度为O(n)，首先遍历链表，存在即覆盖，否则新增；对于查找操作来讲，仍需遍历链表，然后通过key对象的queals方法逐一比对查找。所以，性能考虑，HashMap中的链表出现越少，性能才会越好。

其它几个重要字段

//实际存储的key-value键值对的个数
transient int size;
//阈值，当table == {}时，该值为初始容量（初始容量默认为16）；当table被填充了，也就是为table分配内存空间后，threshold一般为 capacity*loadFactory。HashMap在进行扩容时需要参考threshold，后面会详细谈到
int threshold;
//负载因子，代表了table的填充度有多少，默认是0.75
final float loadFactor;
//用于快速失败，由于HashMap非线程安全，在对HashMap进行迭代时，如果期间其他线程的参与导致H