HashMap详细解析

最新推荐文章于 2025-03-04 12:25:09 发布

天堂里外

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分类专栏： java基础文章标签： java hashmap

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HashMap是Java中基于数组和链表的数据结构，采用负载因子0.75f和默认初始容量16。在Java 8中，当链表长度达到8时会转换为红黑树。插入操作在Java 8之前使用头插法，之后改为尾插法以避免扩容后的链表环状问题。扩容发生在容量达到当前容量的0.75倍时，新数组长度为原数组的2倍，并需要重新哈希所有元素。尽管Java 8后的HashMap在扩容后能保持数据顺序，但它不是线程安全的，不适合多线程直接使用。

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1、基础认知

HashMap是由数组和链表组合构成的数据结构。

默认负载因子 loadFactor 负载因子，默认值0.75f
默认初始化长度 16
链表存储模型：

java8中引入

存储元素小于等于6时为链表
元素为7时不做改变
元素为8时变为红黑树

因为他本身所有的位置都为null，在put插入的时候会根据key的hash去计算一个index值。

数据本身是通过key值得hash值来进行存储，虽然hashmap提供的是散列存储意思是使数据均匀的分布在不同的hash位置上但实际场景中还是有很多key值是属于同一个hash值下的意思就是存储在数组的同一个位置上而在这个位置上存储的就是一个链表在查询时会先通过key值得hash值找到hash值所在的链表然后在链表上递归查询出对应的值

HashMap中存储的每个元素都是存储在一个Node<K, V>对象中的在这个对象中会存储 key的hash值 key值 value值及下一个元素所以hashmap中的链表是一个单向链表

2、链表插入方法
java8之前是头插法，就是说新来的值会取代原有的值，原有的值就顺推到链表中去，就像上面的例子一样，因为写这个代码的作者认为后来的值被查找的可能性更大一点，提升查找的效率。
但是，在java8之后，都是所用尾部插入了。

但是为什么会有存头存尾的改变呢？

首先要看一下HashMap如何扩容
扩容发生的前提由两个参数影响一个是capacity容量，LoadFactor负载因子，默认值0.75f
意思就是如果一个容量为100的map，当你存入第76个的时候就需要扩容了也就是resize

扩容主要分为两步

扩容：创建一个新的Entry空数组，长度是原数组的2倍
ReHash：遍历原Entry数组，把所有的Entry重新Hash到新数组
需要rehash的原因
因为hash的公式是 HashCode（Key） & （Length - 1）
所以长度扩大之后，hash的规则也就随之改变

其次需要知道的是jdk1.7时的头插方法有什么弊端
举例：
我们要在容量为2的容器里面用不同线程插入A，B，C，假如我们在resize之前打个短点，那意味着数据都插入了但是还没resize那扩容前可能是这样的。

我们可以看到链表的指向A->B->C

而扩容resize之后
因为resize的赋值方式，也就是使用了单链表的头插入方式，同一位置上新元素总会被放在链表的头部位置，在旧数组中同一条Entry链上的元素，通过重新计算索引位置后，有可能被放到了新数组的不同位置上。
如果此时AB的hash值还是相同那么就会出现一种情况因为赋值方式是头插所以这时先存的是B元素然后放A 这时B指向了A A指向的是B 一旦开始查找就显示了死循环

 Java7在多线程操作HashMap时可能引起死循环，原因是扩容转移后前后链表顺序倒置，在转移过程中修改了原来链表中节点的引用关系。

而使用头插会改变链表的顺序，但是如果使用尾插在扩容是就会保持链表元素原本的顺序，就不会出现链表成环的问题了

java8之后链表有红黑树的部分，大家可以看到代码已经多了很多if else的逻辑判断了，红黑树的引入巧妙的将原本O(n)的时间复杂度降低到了O(logn)。（红黑树知识待学习！！！）

虽然多线程中 java1.8扩容后依然能保持数据顺序的一致但是并不能保证在多线程中直接使用hashmap 因为put/get方法并没有加同步锁你就无法保证上一秒put的和下一秒get的是可能还是原值所以线程安全并不保证

3、初始化大小为什么是16呢？
直接粘代码
/**
* The default initial capacity - MUST be a power of two.
*/
static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; // aka 16

/**
 * The maximum capacity, used if a higher value is implicitly specified
 * by either of the constructors with arguments.
 * MUST be a power of two <= 1<<30.
 */
static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;

首先为啥写成1<<4呢？
因为java实际上还是基于2进制算法来编译和运行的所以这样写实际能帮助 jvm编译时更加快速的进行编译
上面说了既然是2进制的算法那么在扩容时当时也是2的幂数更方便内存的读写和运算了
但是为啥是16嘞？感觉还是编码大人的习惯吧或者觉得这个数在日常的编码过程中更平均一些能满足大多数场景的基本map使用

学习自
https://juejin.im/post/5dee6f54f265da33ba5a79c8 敖丙大神