HashMap

底层HashMap1.7和1.8有何不同

1.7 底层是数组+链表
1.8 数组+链表+红黑树

为何用红黑树,为何以上来不树华,树化阈值为8,为何会树化,何时退化为链表?

树化意义

  • 红黑树用来避免 DoS 攻击,防止链表超长时性能下降,树化应当是偶然情况,是保底策略
  • hash 表的查找,更新的时间复杂度是 O(1),而红黑树的查找,更新的时间复杂度是 O(log_2⁡n ),TreeNode 占用空间也比普通 Node 的大,如非必要,尽量还是使用链表
  • hash 值如果足够随机,则在 hash 表内按泊松分布,在负载因子 0.75 的情况下,长度超过 8 的链表出现概率是 0.00000006,树化阈值选择 8 就是为了让树化几率足够小

树化规则

  • 当链表长度超过树化阈值 8 时,先尝试扩容来减少链表长度,如果数组容量已经 >=64,才会进行树化

退化规则

  • 情况1:在扩容时如果拆分树时,树元素个数 <= 6 则会退化链表
  • 情况2:remove 树节点时,若 root、root.left、root.right、root.left.left 有一个为 null ,也会退化为链表

索引计算

索引计算方法

  • 首先,计算对象的 hashCode()
  • 再进行调用 HashMap 的 hash() 方法进行二次哈希
  • 二次 hash() 是为了综合高位数据,让哈希分布更为均匀
  • 最后 & (capacity – 1) 得到索引

数组容量为何是 2 的 n 次幂

  1. 计算索引时效率更高:如果是 2 的 n 次幂可以使用位与运算代替取模
  2. 扩容时重新计算索引效率更高: hash & oldCap == 0 的元素留在原来位置 ,否则新位置 = 旧位置 + oldCap

注意

  • 二次 hash 是为了配合 容量是 2 的 n 次幂 这一设计前提,如果 hash 表的容量不是 2 的 n 次幂,则不必二次 hash
  • 容量是 2 的 n 次幂 这一设计计算索引效率更好,但 hash 的分散性就不好,需要二次 hash 来作为补偿,没有采用这一设计的典型例子是 Hashtable

put 与扩容

put 流程

  1. HashMap 是懒惰创建数组的,首次使用才创建数组
  2. 计算索引(桶下标)
  3. 如果桶下标还没人占用,创建 Node 占位返回
  4. 如果桶下标已经有人占用
    1. 已经是 TreeNode 走红黑树的添加或更新逻辑
    2. 是普通 Node,走链表的添加或更新逻辑,如果链表长度超过树化阈值,走树化逻辑
  5. 返回前检查容量是否超过阈值,一旦超过进行扩容

1.7 与 1.8 的区别

  1. 链表插入节点时,1.7 是头插法,1.8 是尾插法

  2. 1.7 是大于等于阈值且没有空位时才扩容,而 1.8 是大于阈值就扩容

  3. 1.8 在扩容计算 Node 索引时,会优化

扩容(加载)因子为何默认是 0.75f

  1. 在空间占用与查询时间之间取得较好的权衡
  2. 大于这个值,空间节省了,但链表就会比较长影响性能
  3. 小于这个值,冲突减少了,但扩容就会更频繁,空间占用也更多
### JavaHashMap 的使用方法 #### 1. **简介** `HashMap` 是 Java 集合框架中的一个重要类,用于存储键值对(key-value pair)。它的底层基于哈希表实现,提供了快速的查找、插入和删除操作。`HashMap` 不保证元素的顺序,并允许一个 `null` 键和多个 `null` 值。 #### 2. **基本操作** 以下是 `HashMap` 的一些常用方法及其功能: - **put(key, value)**: 将指定的键值对存入 `HashMap`。 - **get(key)**: 返回与指定键关联的值。 - **remove(key)**: 移除指定键对应的映射关系。 - **size()**: 返回 `HashMap` 中键值对的数量。 - **clone()**: 创建并返回该 `HashMap` 对象的一个副本。 - **isEmpty()**: 如果此 `HashMap` 映射不包含任何键值对,则返回 true。 这些方法的具体用法可以通过下面的例子来说明。 --- #### 3. **示例代码** ##### 示例 1: 添加键值对并获取大小 ```java // Java program to demonstrate the use of size() method in HashMap import java.util.*; public class SizeExample { public static void main(String[] args) { // Create an empty HashMap Map<Integer, String> map = new HashMap<>(); // Add key-value pairs using put() map.put(10, "C"); map.put(20, "C++"); map.put(50, "JAVA"); map.put(40, "PHP"); map.put(30, "SFDC"); // Print the HashMap content System.out.println("HashMap Content: " + map); // Get the number of entries in the HashMap int size = map.size(); System.out.println("Size of HashMap: " + size); } } ``` 这段代码展示了如何向 `HashMap` 插入数据以及计算其大小[^1]。 --- ##### 示例 2: 删除特定键值对 ```java // Java program to demonstrate the removal operation in HashMap import java.util.*; public class RemoveExample { public static void main(String[] args) { // Initialize a HashMap with some data Map<Integer, String> map = new HashMap<>(); map.put(10, "C"); map.put(20, "C++"); map.put(50, "JAVA"); map.put(40, "PHP"); map.put(30, "SFDC"); // Display initial state System.out.println("Initial HashMap: " + map); // Remove entry associated with key '50' map.remove(50); // Show updated HashMap after deletion System.out.println("Updated HashMap after removing key '50': " + map); } } ``` 这里演示了如何移除某个键所对应的数据项[^2]。 --- ##### 示例 3: 复制一份新的 HashMap 实例 ```java // Example demonstrating cloning functionality within HashMaps. import java.util.*; public class CloneExample { public static void main(String[] args) { // Original HashMap creation and population HashMap<Integer, String> originalMap = new HashMap<>(); originalMap.put(10, "C"); originalMap.put(20, "C++"); originalMap.put(50, "JAVA"); originalMap.put(40, "PHP"); originalMap.put(30, "SFDC"); // Cloning process begins here HashMap<Integer, String> clonedMap = (HashMap<Integer, String>)originalMap.clone(); // Output both maps post-cloning action System.out.println("Original HashMap Contents: " + originalMap); System.out.println("Cloned HashMap Contents: " + clonedMap); } } ``` 本部分解释了复制现有 `HashMap` 的过程[^3]。 --- #### 4. **性能特点与其他注意事项** 由于 `HashSet` 内部依赖于 `HashMap` 来管理其成员集合,因此它们共享相似的时间复杂度特性——平均情况下 O(1),最坏情况取决于冲突处理机制[^4]。 --- ###
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