hashmap的几个关键点

本文详细解析了HashMap的结构实现,包括数组+链表+红黑树的组合方式,以及其内部Node类的作用。探讨了HashMap的初始化参数如长度、负载因子和阈值的影响,并解释了JDK1.8的哈希算法及扩容机制。同时,文章提到了多线程环境下HashMap的使用风险。

摘自https://tech.meituan.com/java_hashmap.html
从结构实现来讲,HashMap是数组+链表+红黑树(JDK1.8增加了红黑树部分)实现的
HashMap类中有一个非常重要的字段,就是 Node[] table,即哈希桶数组,明显它是一个Node的数组。Node是HashMap的一个内部类,实现了Map.Entry接口,本质是就是一个映射(键值对)。
首先,Node[] table的初始化长度length(默认值是16),Load factor为负载因子(默认值是0.75),threshold是HashMap所能容纳的最大数据量的Node(键值对)个数。threshold = length * Load factor。也就是说,在数组定义好长度之后,负载因子越大,所能容纳的键值对个数越多。
Hash算法本质上就是三步:取key的hashCode值、高位运算、取模运算
这里写图片描述
jdk1.8在扩充HashMap的时候,不需要像JDK1.7的实现那样重新计算hash,只需要看看原来的hash值新增的那个bit是1还是0就好了,是0的话索引没变,是1的话索引变成“原索引+oldCap”
在多线程使用场景中,应该尽量避免使用线程不安全的HashMap`

   private static HashMap<Integer,String> map = new HashMap<Integer,String>(20.75f);  
    public static void main(String[] args) {  
        map.put(5"C");  

        new Thread("Thread1") {  
            public void run() {  
                map.put(7, "B");  
                System.out.println(map);  
            };  
        }.start();  
        new Thread("Thread2") {  
            public void run() {  
                map.put(3, "A);  
                System.out.println(map);  
            };  
        }.start();        
    }  
特殊情况会造成环

`

<think> 首先,用户要求我提供一个精简版的HashMap底层原理介绍。用户引用了几个来源,我需要参考这些内容来构建我的回答,但保持简洁。 关键点从引用中提取: - 引用[1]提到HashMap底层原理、与HashTable的区别、ConcurrentHashMap,以及并发下HashMap的死循环问题。 - 引用[2]强调HashMap底层实现原理,提到它与数组、链表相关。 - 引用[3]说明HashMap底层是一个数组,根据key的HashCode和数组长度取余来定位位置,如果位置相同,则放入链表中。 - 引用[4]详细描述了resize方法,如何初始化数组(默认16),以及如何使用(n-1) & hash来索引位置。 - 引用[5]是一个接口定义,但没有直接相关。 用户明确说“精简版”,所以我需要浓缩核心原理: - HashMap底层使用一个数组(称为bucket数组)。 - 每个数组元素是一个链表(或在Java 8及以后,可能是一个红黑树)。 - Key的hashCode通过计算hash值,然后与数组长度取余(或使用位运算)来定位索引。 - 如果多个key映射到同一个索引,它们存储在一个链表中(处理冲突)。 - 当数组满或达到阈值时,会进行resize(扩容)。 - 默认初始容量是16,负载因子是0.75。 从我的知识: - HashMap在Java中基于哈希表实现。 - put操作:计算key的hash,找到bucket索引,如果bucket为空,直接添加;否则遍历链表比较key(equals),如果存在覆盖,否则添加到链表。 - get操作:类似,计算hash,找到bucket,遍历链表找到key。 - 在Java 8,当链表长度超过8,会转换为红黑树以提高性能;当小于6,退回链表。 用户要求“精简”,所以我应该避免深入细节如红黑树,除非必要。引用中没有强调树,所以我聚焦在基础数组和链表结构。 回答结构: - 由于是系统级指令,我需要使用中文,确保行内数学表达式用$...$(但这里可能没有数学),独立公式用$$...$$(如果有)。 - 生成相关问题。 - 末尾添加引用标识。 - 回答要清晰、逐步解决问题。 大纲回答: 1. 简要介绍HashMap:基于哈希表的数据结构,存储键值对。 2. 核心组件: - 数组(table):存储元素。 - 哈希函数:key -> hash -> index。 - 链表:处理冲突(多个key映射到同一个索引)。 3. 工作原理: - put:计算key的hash,索引 = (n-1) & hash(n是数组长度),然后插入或更新链表。 - get:类似,计算索引,遍历链表找到key。 4. 动态扩容:当元素数量超过阈值(容量 * 负载因子),数组大小翻倍(通常是2的幂),重新哈希所有元素。 5. 精简点:默认容量16,负载因子0.75。 从引用: - 引用[3]: “底层是一个数组,然后根据 key 的 HashCode 和 数组的长度 取余 ,放到指定的数组位置。 如果位置一样,则放到这个位置的链表中。” - 引用[4]: 初始化数组为16,使用 (n-1) & hash 来索引。 所以,在回答中,我可以提到索引计算方式。 生成相关问题: - 基于用户之前的问题和引用,可能的问題如: 1. HashMap如何处理冲突? 2. HashMap的扩容机制是什么? 3. 为什么HashMap在多线程环境下可能出现问题? 4. HashMap与Hashtable的区别? 5. 如何优化HashMap的性能? 确保回答真实可靠,参考引用末尾添加标识。 完整回答结构: - 先给出精简解释。 - 然后列出相关问题。 </think> ### HashMap底层原理(精简版) HashMap是一种高效的键值对存储数据结构,其核心基于数组和链表(或红黑树)实现。下面逐步解释其关键原理,参考多个权威资料进行提炼[^1][^2][^3][^4]。 1. **底层结构**: - HashMap底层维护一个数组(称为"桶数组"),默认初始容量为$16$(通过位运算$1 \ll 4$实现)。每个数组元素称为一个"桶"(bucket),桶内存储链表节点(Java 8后可能转为红黑树以优化性能)[^3][^4]。 - 例如,数组索引通过哈希函数计算:给定key的哈希值`hash`,索引位置计算为: $$ \text{index} = (n - 1) \mathbin{\&} \text{hash} $$ 其中$n$是数组长度(始终为2的幂),$\mathbin{\&}$表示位与运算,这比取余操作更高效[^4]。 2. **存入数据(put操作)**: - 计算key的哈希值(通过`hashCode()`方法),然后用上述公式定位到数组索引。 - 如果该索引为空,直接存储新的键值对。 - 如果索引冲突(多个key映射到同一位置),则在该桶的链表中追加节点(比较key是否重复,重复则覆盖旧值)[^3]。 3. **读取数据(get操作)**: - 同样计算key的哈希值和索引,定位到数组位置。 - 遍历该桶的链表(或树),通过`equals()`方法查找匹配的key,返回对应的value[^2]。 4. **动态扩容(resize机制)**: - 当元素数量超过阈值(默认$16 \times 0.75 = 12$)时,触发扩容: - 新建一个更大的数组(容量翻倍,如$16 \to 32$)。 - 重新哈希所有元素到新数组,确保高效分布[^4]。 - 扩容是性能关键点,避免链表过长导致操作退化为$O(n)$。 5. **核心特点**: - **时间复杂度**:平均情况下,put/get操作是$O(1)$;最坏情况(哈希冲突严重)为$O(n)$(链表)或$O(\log n)$(树)。 - **线程不安全**:未同步操作可能导致并发问题(如死循环)[^1]。 - **默认参数**:初始容量$16$,负载因子$0.75$[^4]。 此精简版覆盖了HashMap的核心机制,省略了红黑树等高级优化细节以简洁为主。其高效性源于哈希函数的均匀分布和动态扩容[^1][^2]。
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