Java中HashMap的学习

本文深入探讨了HashMap的工作原理,包括其内部结构、哈希表实现方式以及如何通过拉链法解决冲突。此外还提供了实际应用示例,展示了如何创建、遍历HashMap以及使用一些常见方法。

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HashMap源码及详细介绍:Java 集合系列10之 HashMap详细介绍(源码解析)和使用示例

HashMap是一个散列表,存储的内容是键值对(key-value)映射,其实现不是同步的,这意味着它不是线程安全的,其映射也不是有序的。

对于HashMap(不管哪种容器),在设置初始容量时应该考虑到映射中所需的条目数及其加载因子,以便最大限度地减少 rehash 操作次数。如果初始容量大于最大条目数除以加载因子,则不会发生 rehash 操作。HashMap是通过"拉链法"实现的哈希表,其成员变量table是一个Entry[]数组类型,而Entry实际上就是一个单向链表。哈希表的"key-value键值对"都是存储在Entry数组中的。 


// 代码实现
import java.util.HashMap;
import java.util.Iterator;
import java.util.Map;

public class HashMapTest {


	public static void main(String[] args) {
		// TODO Auto-generated method stub
		HashMap<Integer, String> map = new HashMap<>();
		map.put(1, "a");
		map.put(3, "b");
		map.put(2, "c");
		System.out.println(map);
		
		Iterator it = map.entrySet().iterator();
//		Iterator it1 = map.keySet().iterator();
//		Iterator it2 = map.values().iterator();
		// 效率较好,只遍历键或值都可用此方式
		while(it.hasNext()) {
			Map.Entry tmp = (Map.Entry)it.next();
			System.out.print(tmp.getKey() + ":" + tmp.getValue() + "  ");
		}
		System.out.println();
		System.out.println(map.get(1));
		System.out.println(map.containsKey(1) + " " + map.containsValue("a"));
		map.remove(1);
		map.clear();
		System.out.println(map.isEmpty());
	}

}


继续加油~

<think>好的,我现在需要帮助用户理解JavaHashMap的底层实现原理和源码解析。首先,我应该回忆一下HashMap的基本结构,包括JDK8中的变化,比如数组加链表和红黑树的结合。用户提到的引用[1]和[2]中提到,HashMap在JDK8中采用了这种结构,所以我需要详细说明这一点。 接下来,我应该分步骤解析HashMap的关键部分,比如初始化、哈希计算、put方法的过程、扩容机制等。需要确保每个步骤都解释清楚,并且结合源码中的具体代码,比如Node类的结构、hash()方法的作用,以及putVal()方法的流程。 另外,用户的问题涉及到与HashTable和ConcurrentHashMap的区别,虽然用户主要关注HashMap,但可能需要在适当的地方简要提及这些区别,比如线程安全性和同步机制的不同。 在解释过程中,要注意使用正确的中文术语,并且按照用户的要求,行内数学表达式用$...$格式,比如计算索引的公式。同时,独立公式如哈希函数可能需要用$$...$$单独成段,比如当解释哈希计算时,如果有数学公式的话。 用户还要求生成相关问题,我需要思考与HashMap相关的一些常见问题,比如哈希冲突解决、红黑树转换阈值、扩容机制优化等,确保问题有针对性,能够帮助用户进一步深入学习。 最后,要检查是否有引用标记正确添加在引用的内容末尾,比如引用[^1]和[^2],确保格式正确。同时,确保代码示例的语法正确,比如展示put方法的源码片段时,使用正确的Java语法,并用代码块包裹。 现在,我需要组织这些内容,确保结构清晰,逐步引导用户理解HashMap的实现原理,从结构到方法,再到扩容和性能优化,最后比较其他Map实现。同时,在回答中自然融入引用标记,并生成相关的问题供用户参考。</think>### Java HashMap底层实现原理及源码解析 --- #### 一、HashMap核心结构 在JDK8中,HashMap的底层结构为 **数组 + 链表 + 红黑树**: 1. **数组**(桶数组):默认初始长度为16,每个元素称为一个“桶”(bucket)。 2. **链表**:当哈希冲突时,冲突的键值对以链表形式存储。 3. **红黑树**:当链表长度超过阈值(默认8)且数组长度≥64时,链表转换为红黑树以提高查询效率[^1]。 代码示例(Node节点定义): ```java static class Node<K,V> implements Map.Entry<K,V> { final int hash; final K key; V value; Node<K,V> next; // 链表指针 } ``` --- #### 二、关键源码解析 ##### 1. **哈希计算** HashMap通过`hash()`方法将键的哈希码二次加工,减少碰撞: ```java static final int hash(Object key) { int h; return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16); } ``` 公式:索引位置 = $(n-1) \ \& \ \text{hash}$,其中$n$为数组长度。 --- ##### 2. **put方法流程** ```java public V put(K key, V value) { return putVal(hash(key), key, value, false, true); } final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent, boolean evict) { Node<K,V>[] tab; // 桶数组 Node<K,V> p; // 当前节点 int n, i; // 初始化或扩容 if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0) n = (tab = resize()).length; // 计算索引位置 i = (n - 1) & hash; p = tab[i]; if (p == null) // 无冲突,直接插入 tab[i] = newNode(hash, key, value, null); else { // 处理冲突 Node<K,V> e; // 临时节点 K k; if (p.hash == hash && ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) e = p; // 键已存在 else if (p instanceof TreeNode) // 红黑树插入 e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value); else { // 链表遍历 for (int binCount = 0; ; ++binCount) { if ((e = p.next) == null) { p.next = newNode(hash, key, value, null); if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // 链表转红黑树 treeifyBin(tab, hash); break; } if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) break; p = e; } } if (e != null) { // 更新值 V oldValue = e.value; if (!onlyIfAbsent || oldValue == null) e.value = value; afterNodeAccess(e); return oldValue; } } ++modCount; if (++size > threshold) // 扩容检查 resize(); afterNodeInsertion(evict); return null; } ``` --- ##### 3. **扩容机制** - **触发条件**:当元素数量超过阈值(容量×负载因子,默认0.75)。 - **操作步骤**: 1. 新数组长度为原数组的2倍。 2. 重新计算所有键值对的索引位置。 3. 链表或红黑树节点拆分到新数组。 --- #### 三、与其他Map实现对比 | 特性 | HashMap | HashTable | ConcurrentHashMap | |---------------------|---------------|-------------------|---------------------------------| | **线程安全** | 否 | 是(synchronized)| 是(CAS + synchronized分段锁) | | **允许null键/值** | 是 | 否 | 否 | | **性能** | 高 | 低 | 中等 | --- #### 四、常见问题优化 1. **哈希冲突**:通过扰动函数(`hash()`)分散键的分布。 2. **红黑树阈值**:链表长度>8时转换,避免极端情况下的性能退化。 3. **负载因子选择**:默认0.75平衡时间与空间成本。 ---
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