Java HashMap浅析

HashMap 是Java使用非常频繁的一个类，由于最近比较清闲，特地翻看一下源码。下面为自己的个人体会，其中部分地方参考了网上的一些文章。 
1.HashMap的存储特点。 
既然叫HashMap，那么它就具有哈希表的一些特点：（1）需要哈希方法，把关键字映射到哈希表中（2）需要解决哈希冲突问题，即不同的关键字映射到同一个哈希地址上。这里先说哈希冲突的解决问题。 
     
（该图来源于网络，向该图作者表示谢意） 
上图是哈希冲突中一种经典的解决方法：拉链法。左边是个数组。数组的每个成员包括一个引用，指向一个链表的头，当然这个链表可能为空，也可能元素很多。我们根据元素的一些特征把元素分配到不同的链表中去，也是根据这些特征，找到正确的链表，再从链表中找出这个元素。HashMap中就是使用上述方法解决哈希的碰撞。 
在HashMap源码中： 

Java代码  

1. transient Entry[] table;       

Java代码  

1. static class Entry<K,V> implements Map.Entry<K,V> {  
2.    final K key;  
3.    V value;  
4.    Entry<K,V> next;  
5.    final int hash;  
6.    ...  
7. }  

HashMap使用Entry数组存储数据。通过哈希方法映射得到Entry数组的下标。 
2.HashMap算法. 
在HashMap中存储的是key-value式的键值对,那么键值对是如何映射到前面所说的Entry[] table中呢.这就需要哈希方法来完成。 
一个好的哈希函数应该满足条件：（1）便于快速计算（2）极少出现冲突（即碰撞）。在建造哈希表时，不仅要设定一个“好”的哈希函数，还要设定一种处理冲突的方法。 
查看HashMap的put方法源码： 

Java代码  

1. public V put(K key, V value) {  
2.         if (key == null)  
3.             return putForNullKey(value);  
4.         int hash = hash(key.hashCode());  
5.         int i = indexFor(hash, table.length);  
6.         for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) {  
7.             Object k;  
8.             if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {  
9.                 V oldValue = e.value;  
10.                 e.value = value;  
11.                 e.recordAccess(this);  
12.                 return oldValue;  
13.             }  
14.         }  
15.         modCount++;  
16.         addEntry(hash, key, value, i);  
17.         return null;  
18.     }  

联系上下文，很容易得知： 

Java代码  

1. int hash = hash(key.hashCode());   
2. int i = indexFor(hash, table.length);   

主要的功能是通过key的hashCode值某些运算，然后计算出key在Entry数组中的下标。 
查看hash的方法定义： 
 

Java代码  

1. static int hash(int h) {  
2.         // This function ensures that hashCodes that differ only by  
3.         // constant multiples at each bit position have a bounded  
4.         // number of collisions (approximately 8 at default load factor).  
5.         h ^= (h >>> 20) ^ (h >>> 12);  
6.         return h ^ (h >>> 7) ^ (h >>> 4);  
7. }  

该方法的主要功能是均匀化一个整数的32位（在Java中整型占4个字节，即32位）。 
indexFor方法的定义为： 
 

Java代码  

1. static int indexFor(int h, int length) {  
2.        return h & (length-1);  
3. }  

这里由于length的值为：table.length,而table的大小为2^n.所以这里相当于对h进行取模。即

Java代码  

1. h & (length-1)  

在功能上等价于

Java代码  

1. h%(length)  

。显然前者是一个位运算，效率更高。 
hash、indexFor两者共同完成，哈希方法的功能。其中hash用来均匀化一个hashCode 
的各位之间的平衡，减少不同关键字之间的冲突。indexFor则使处理过的hashCode均匀的散落在数组上。 
由于hash、indexFor都是位运算，所以效率上也较高。当然也可以自己重写hash、indexFor方法，使其满足自己的特定需求。 

HashMap使用注意事项： 
1).如果需要放入hashMap的数据较多，需要在初始化的时候指定合适的初始容量（加载因子，一般选用默认），如果初始容量过小，数据添加过程中，需要多次rehash，比较耗时。如果初始容量过大，增加空间开销。 
2）由于哈希表属于直接查找算法，在查询过程中，不需要进行过多的关键字比较，的所以HashMap的查询效率较高。如HashMap的containsKey方法的效率高于List的contains方法（仅仅指查询效率）。