HashMap底层源码解析上（超详细图解+面试题）

红黑树原理+手写红黑树代码
HashMap底层源码解析下

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最近看了黑马和刘老师的源码视频，故总结一篇HashMap的源码解析，文章分为上下两部分

HashMap集合简介

HashMap基于哈希表的Map接口实现，是以key-value存储形式存在，即主要用来存放键值对。HashMap的实现是不同步的，这意味着他不是线程安全的，它的key,value都可以为null

此外，HashMap中的映射不是有序的

1. JDK1.8之前HashMap由数组+链表组成。数组是HshMap的主体，链表则是主要为了解决哈希冲突（两个对象调用的hashCode方法计算的哈希值一致导致计算的数组索引值相同（哈希寻址算法[hash&length-1]））而存在的（“拉链法”解决冲突）
2. JDK1.8以后在解决哈希冲突时有了较大的变化，当链表长度大于阈值（或者红黑树的边界值，默认为8，且数组中桶的数量大于64，此时此索引位置上的所有数据改为使用红黑树存储）

图示：

hashMap扩容简介

1. 初始数组长度为16，若链表节点数量小于等于8时，会将节点连接到链表的下一个位置
2. 若某个链表上阈值大于8时，会根据cap（容量）进行判断，若此时数组容量小于64，则会进行数组扩容（从32扩容为64）
3. 若链表节阈值大于8，且数组容量大于64，则链表进化为红黑树

问题：为什么要在数组长度大于64之后，链表才会进化为红黑树？

• 在数组比较小时如果出现红黑树结构，反而会降低效率，因为红黑树需要进行左旋右旋，变色这些操作来保持平衡，同时数组长度小于64时，搜索时间相对要快些，所以综上所述为了提高性能和减少搜索时间。

hashMap特点总结

• hashMap存取是无序
• 键和值位置都可以是null,但是键位置只能是一个null
• 键位置是唯一的，底层的数据结构是控制键的
• jdk1.8前数据结构是：链表+数组jdk1.8之后是：数组+链表+红黑树
• 阈值（边界值）>8并且数组长度大于64，才将链表转换成红黑树，变成红黑手的目的是为了高效的查询’

hashMap底层数据结构存储数据的过程

在了解源码之前，我们通过一个案例来说明hashMap底层数据结构存储数据的过程

我们先创建一个hashMap实例

        HashMap<String, Integer> MapTest = new HashMap<>();
        MapTest.put("a",1);
        MapTest.put("b",2);
        MapTest.put("c",3);
        MapTest.put("a",44);
        System.out.println(MapTest);

结果：

{
   
   a=44, b=2, c=3}

存储过程分析

HashMap<String, Integer> MapTest = new HashMap<>();

1.在创建集合对象的时候，在jdk8前，在构造方法中创建一个长度为16的Entry[] table数组用来存储键值对数据，在jdk8以后不是在HashMap构造方法底层创建数组了，是在第一次调用put方法时创建的数组Node[] table

不在构造方法中创建的原因是：创建散列表需要耗费内存，而有些时候我们只是创建hashMap，并不向其中put元素

2.假设向哈希表中存储“a”-1数据，根据"a"调用String类中重写之后的hashCode方法计算出hash值，利用寻址算法（hash&(cap-1)）cap为其容量，来寻找在哈希表中的索引，如果该索引空间没有数据，则直接将数据存储到数组中

3.向哈希表中存储数据"b"-2，假设"b"计算出的hashCode方法结合数组长度计算出的索引值也是3，如果此时数组空间不是null，此时底层会比较a和b的hash值是否一致，如果不一致，则在此空间上划出一个节点来存储键值对数据“b”-2,这种方式称为“拉链法”

4.假设向哈希表中存储数据"a"-44,根据“a”调用hashCode方法结合数组长度计算出索引值为3，此时数组空间不为null，此时比较后存储的数据留言和已经存在的数据的hash值是否相等，如果相等，此时发生hash碰撞，那么底层会调用“a”所属类String中的equals方法比较两个内容是否相等

1. 相等：则将后添加的数据的value覆盖之前的value
2. 不相等,此时出现hash冲突，继续向下和其他的数据key比较，如果都不相等，则划出一个节点存储数据

相同hash值的元素内容可能不同，例如"重地"和"通话"

System.out.println("重地".hashCode()=="通话".hashCode());

true

索引值->hash值->key值

为什么引入红黑树的进一步解答

JDK1.8以前HashMap的实现是数组+链表，即使哈希函数取得再好，也很难达到元素百分百均匀分布。当HashMap中有大量的元素都存放在同一个桶中时，这个桶下有一条长长的链表，此时HashMap就相当于一个单链表，假如单链表有n个元素，遍历的时间复杂度就从O（1）退化成O（n），完全失去了它的优势，针对此种情况，JDK1.8中引入了红黑树（查找的时间复杂度为O(logn)）来优化这种问题。

总结图

说明：

• size表示HashMap中K-V的实时数量，注意这个不等于数组的长度
• threshold(临界值)=capacity（容量）*loadFactory（加载因子），这个值是当前已占用数组长度的最大值。size超过这个临界值就重新resize扩容，扩容后的HashMap容量是之前容量的两倍

了解了hashMap的存储流程之后我们来看几道面试题加深印象