HashMap的基础概念及其扩容机制

最新推荐文章于 2025-04-21 17:50:27 发布

yms68

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分类专栏： java的集合介绍文章标签： java 数据结构

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一、HashMap 简介

HashMap 主要用来存放键值对，它基于哈希表的 Map 接口实现，是常用的 Java 集合之一。

二、HashMap结构

在JDK1.7中，HashMap数据结构为数组+链表；
HashMap在JDK 1.8，底层是由“数组+链表+红黑树”组成，如下图，而在 JDK 1.8 之前是由“数组+链表”组成。
![![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/direct/545f6e0946a844d89ee6a1a95198adfb.png]

为什么要改成“数组+链表+红黑树”？

主要是为了提升在 hash 冲突严重时（链表过长）的查找性能，使用链表的查找性能是 O(n)，而使用红黑树O(logn)。

那在什么时候用链表？什么时候用红黑树？

对于插入，默认情况下是使用链表节点。当同一个索引位置的节点在新增后达到9个（阈值8）：如果此时数组长度大于等于 64，则会触发链表节点转红黑树节点（treeifyBin）；而如果数组长度小于64，则不会触发链表转红黑树，而是会进行扩容，因为此时的数据量还比较小。

对于移除，当同一个索引位置的节点在移除后达到 6 个，并且该索引位置的节点为红黑树节点，会触发红黑树节点转链表节点（untreeify）。

三、HashMap的基础变量配置解释

默认初始容量为16
最大长度为2的30次幂
默认加载因子为0.75
当链表节点小于等于6，自动退化成链表
当链表节点大于等于8，长度大于64时进行变化成红黑树
扩容阈值，当你的hashmap中的元素个数超过这个阈值，便会发生扩容
threshold（存储大小阈值） = capacity（容量） * loadFactor（默认加载因子）

 //HashMap的默认初始长度16
  static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; 
  //HashMap的最大长度2的30次幂
  static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;

  //HashMap的默认加载因子0.75
  static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;

  //HashMap链表升级成红黑树的临界值
  static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8;

  //HashMap红黑树退化成链表的临界值
  static final int UNTREEIFY_THRESHOLD = 6;

  //HashMap链表升级成红黑树第二个条件：HashMap数组(桶)的长度大于等于64
  static final int MIN_TREEIFY_CAPACITY = 64;

四、HashMap的扩容机制

1、添加数据机制，调用put方法过程

①.判断键值对数组table[i]是否为空或为null，是的话执行resize()进行扩容；

②.根据键值key计算hash值得到插入的数组索引i，如果table[i]==null，直接新建节点添加，转向⑥，如果table[i]不为空，转向③；

③.判断table[i]的首个元素是否和key一样，如果相同直接覆盖value，否则转向④，这里的相同指的是hashCode以及equals；

④.判断table[i] 是否为treeNode，即table[i] 是否是红黑树，如果是红黑树，则直接在树中插入键值对，否则转向⑤；

⑤.遍历table[i]，判断链表长度是否大于8，大于8的话把链表转换为红黑树，在红黑树中执行插入操作，否则进行链表的插入操作；遍历过程中若发现key已经存在直接覆盖value即可；

⑥.插入成功后，判断实际存在的键值对数量size是否超多了最大容量threshold，如果超过，进行扩容。

在这里插入图片描述

2、HashMap的扩容操作是怎么实现的？

对于插入，默认情况下是使用链表节点。当同一个索引位置的节点在新增后达到9个（阈值8）：如果此时数组长度大于等于 64，则会触发链表节点转红黑树节点（treeifyBin）；而如果数组长度小于64，则不会触发链表转红黑树，而是会进行扩容，因为此时的数据量还比较小。对于移除，当同一个索引位置的节点在移除后达到 6 个，并且该索引位置的节点为红黑树节点，会触发红黑树节点转链表节点（untreeify）。

①.在jdk1.8中，resize方法是在hashmap中的键值对大于阀值时或者初始化时，就调用resize方法进行扩容；

②.每次扩展的时候，新容量为旧容量的2倍；

③.扩展后元素的位置要么在原位置，要么移动到原位置 + 旧容量的位置。

在putVal()中使用到了2次resize()方法，resize()方法在进行第一次初始化时会对其进行扩容，或者当该数组的实际大小大于其临界值(第一次为12)，这个时候在扩容的同时也会伴随的桶上面的元素进行重新分发，这也是JDK1.8版本的一个优化的地方；
在1.7中，扩容之后需要重新去计算其Hash值，根据Hash值对其进行分发，但在1.8版本中，则是根据在同一个桶的位置中进行判断(e.hash & oldCap)是否为0，重新进行hash分配后，该元素的位置要么停留在原始位置，要么移动到原始位置+旧容量的位置。

五、HashMap扩容操作是尾插还是头插？

1、JDK1.7扩容：

条件：

发生扩容的条件必须同时满足两点

当前存储的数量大于等于阈值和发生hash碰撞
特点：先扩容，再添加（扩容使用的头插法）
缺点：头插法会使链表发生反转，多线程环境下可能会死循环
扩容之后对table的调整：table容量变为2倍，所有的元素下标需要重新计算

2、JDK1.8扩容：

条件：当前存储的数量大于等于阈值
当某个链表长度>=8，但是数组存储的结点数size() < 64时
特点：先插后判断是否需要扩容（扩容时是尾插法）
缺点：多线程下，1.8会有数据覆盖
扩容之后对table的调整：table容量变为2倍，但是不需要像之前一样计算下标，只需要将hash值和旧数组长度相与即可确定位置