java中hashmap的实现原理以及hashmap的正确使用

本文强调了在并发场景下HashMap使用的风险及解决办法,并建议为固定大小的数据集设定合理的HashMap容量值,以避免不必要的性能损耗。

http://www.cnblogs.com/skywang12345/p/3323085.html

上面网址是博客园一位博主总结的关于java结合类的深入理解,个人认为总结的很深入全面,而且容易理解。读者可以参考里面的文章。


关于正确的使用hashmap:

1:不要在并发场景中使用HashMap
           HashMap是线程不安全的,如果被多个线程共享的操作,将会引发不可预知的问题,据sun的说法,在扩容时,会引起链表的闭环,在get元素时,就会无限循环,后果是cpu100%。
看看get方法的红色部分

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  1. public V get(Object key) {  
  2.     if (key == null)  
  3.         return getForNullKey();  
  4.         int hash = hash(key.hashCode());  
  5.         for (Entry<K,V> e = table[indexFor(hash, table.length)];  
  6.              e != null;  
  7.              e = e.next) {  
  8.             Object k;  
  9.             if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k)))  
  10.                 return e.value;  
  11.         }  
  12.         return null;  
  13.     }  
 


2:如果数据大小是固定的,那么最好给HashMap设定一个合理的容量值
        根据上面的分析,HashMap的初始默认容量是16,默认加载因子是0.75,也就是说,如果采用HashMap的默认构造函数,当增加数据时,数据实际容量超过10*0.75=12时,HashMap就扩容,扩容带来一系列的运算,新建一个是原来容量2倍的数组,对原有元素全部重新哈希,如果你的数据有几千几万个,而用默认的HashMap构造函数,那结果是非常悲剧的,因为HashMap不断扩容,不断哈希,在使用HashMap的场景里,不会是多个线程共享一个HashMap,除非对HashMap包装并同步,由此产生的内存开销和cpu开销在某些情况下可能是致命的。


<think>好的,用户现在想了解JavaHashMap实现原理,特别是数据结构与存储机制。根据用户提供的引用内容,我需要综合这些信息来组织一个清晰的回答。 首先,用户之前的对话是关于Spring WebSocket的网络切换问题,现在突然转到HashMap,需要确认是否是同一用户或是否有上下文关联。但根据当前问题,用户明确引用了四个关于HashMap的引用内容,所以应该专注于这些内容。 用户给出的引用中提到了HashMap的数据结构是数组和链表的结合,后来可能转换为红黑树,扩容机制是两倍扩容,负载因子0.75。需要将这些信息整合起来,解释HashMap的内部结构、哈希计算、解决冲突的方法、扩容过程等。 需要确保回答的结构清晰,分点说明,比如数据结构、存储机制、哈希冲突处理、扩容机制等部分。同时,引用中的内容要正确标注来源,例如引用[2]提到数组和链表结合,引用[4]提到扩容机制和负载因子。 可能用户对HashMap的理解有一定基础,但需要系统性的讲解。需要检查是否有遗漏的关键点,比如哈希函数、树化阈值、null键处理等。另外,用户可能对线程安全感兴趣,但引用中没有提到,可以简要提及。 在回答时要注意使用中文,行内公式用$...$,独立公式用$$...$$,但根据问题内容,可能涉及较少的数学公式,主要是数据结构的描述和流程说明。需要确保LaTeX语法正确,例如哈希函数的位置计算。 最后,生成的相关问题需要与HashMap相关,比如线程安全、红黑树转换、初始容量选择等。确保问题能够引导用户进一步了解HashMap的更多细节。</think>### Java HashMap实现原理详解 #### 一、核心数据结构 HashMap的底层实现基于**数组+链表/红黑树**的复合结构,具体可分为以下层次: 1. **数组(哈希桶)** 默认初始容量为$16$,每个数组元素称为一个**桶(bucket)**,存储链表的头节点或红黑树的根节点[^3]。 $$ \text{数组索引计算公式:} \ index = (n-1) \ \& \ hash(key) $$ 其中$n$为数组长度,需保持为$2$的幂(如16/32/64)以优化位运算效率[^3]。 2. **链表与红黑树** - **链表**:哈希冲突时,新元素以尾插法加入链表(Java 8前为头插法) - **红黑树**:当链表长度≥$8$且数组长度≥$64$时,链表自动转换为红黑树,时间复杂度从$O(n)$优化为$O(\log n)$[^4] ```java // Node节点定义(链表结构) static class Node<K,V> implements Map.Entry<K,V> { final int hash; final K key; V value; Node<K,V> next; // 链表指针 } ``` #### 二、存储机制与哈希冲突 1. **哈希计算** 使用键的`hashCode()`二次加工: ```java static final int hash(Object key) { int h; return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16); } ``` 通过高位异或减少哈希冲突概率[^4] 2. **键值存储流程** ```mermaid graph TD A[计算key的哈希值] --> B{数组索引是否冲突?} B -->|无冲突| C[直接存入数组位置] B -->|冲突| D[遍历链表/红黑树] D --> E{节点key是否已存在?} E -->|存在| F[更新value] E -->|不存在| G[添加新节点] G --> H{链表长度≥8?} H -->|是| I[转换为红黑树] ``` #### 三、动态扩容机制 1. **扩容触发条件** 当元素数量 > 阈值(阈值 = 容量 × 负载因子,默认$16×0.75=12$)时触发扩容[^4] 2. **扩容过程** - 新容量 = 原容量 × 2(保持$2^n$特性) - 数据迁移时重新计算索引,利用高位判断: $$ \text{新索引} = \begin{cases} \text{原索引} & \text{高位为0} \\ \text{原索引 + 原容量} & \text{高位为1} \end{cases} $$ - 红黑树在迁移时可能退化为链表(节点数≤6时) #### 四、特殊特性 1. **允许null键/值**:`hash(null)`返回$0$,存储在数组第$0$个位置 2. **非线程安全**:多线程操作可能导致数据覆盖或死循环(Java 7头插法问题) 3. **快速失败机制**:迭代时检测到结构性修改会抛出`ConcurrentModificationException` --- ### 相关问题 1. HashMap为什么选择红黑树而非其他平衡树? 2. 如何设计一个高性能的哈希函数? 3. ConcurrentHashMap如何实现线程安全?
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