一、基础篇--1.2Java集合-HashMap源码解析

最新推荐文章于 2025-03-29 11:10:28 发布

口德尔

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一、基础篇--1.2Java集合-HashMap源码解析

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散列表

哈希表是根据关键码值而直接进行访问的数据结构。也就是说，它能通过把关键码值映射到表中的一个位置来访问。这个映射函数就叫做散列函数，存放记录的数组就叫散列表。

给定表M，存在函数f(key)，对任意给定的关键字值key，代入函数后若能得到包含该关键字的记录在表中的地址，则称表M为哈希(Hash）表，函数f(key)为哈希(Hash) 函数。

在哈希表中进行添加，删除，查找等操作，性能十分之高，不考虑哈希冲突的情况下，仅需一次定位即可完成，时间复杂度为O(1)。

哈希冲突

如果两个不同的元素，通过哈希函数得出的实际存储地址相同怎么办？也就是说，当我们对某个元素进行哈希运算，得到一个存储地址，然后要进行插入的时候，发现已经被其他元素占用了，其实这就是所谓的哈希冲突，也叫哈希碰撞。前面我们提到过，哈希函数的设计至关重要，好的哈希函数会尽可能地保证计算简单和散列地址分布均匀,但是，我们需要清楚的是，数组是一块连续的固定长度的内存空间，再好的哈希函数也不能保证得到的存储地址绝对不发生冲突。那么哈希冲突如何解决呢？哈希冲突的解决方案有多种:开放定址法（发生冲突，继续寻找下一块未被占用的存储地址），再散列函数法，链地址法，而HashMap即是采用了链地址法，也就是数组+链表的方式。

HashMap实现原理

HashMap的数据结构

HashMap的主干是一个Entry数组，Entry是HashMap的基本组成单元，每一个Entry包含一个key-value键值对还有下一个节点，因此Entry是一个单向链表。代码如下：

static class Entry implements Map.Entry {

        final K key;

        V value;

        Entry next;

        int hash;


        Entry(int h, K k, V v, Entry n) {

            value = v;

            next = n;

            key = k;

            hash = h;

        }



        public final K getKey() {

            return key;

        }



        public final V getValue() {

            return value;

        }



        public final V setValue(V newValue) {

            V oldValue = value;

            value = newValue;

            return oldValue;

        }



        public final boolean equals(Object o) {

            if (!(o instanceof Map.Entry))

                return false;

            Map.Entry e = (Map.Entry)o;

            Object k1 = getKey();

            Object k2 = e.getKey();

            if (k1 == k2 || (k1 != null && k1.equals(k2))) {

                Object v1 = getValue();

                Object v2 = e.getValue();

                if (v1 == v2 || (v1 != null && v1.equals(v2)))

                    return true;

            }

            return false;

        }



        public final int hashCode() {

            return (key==null   ? 0 : key.hashCode()) ^

                   (value==null ? 0 : value.hashCode());

        }



        public final String toString() {

            return getKey() + "=" + getValue();

        }


        void recordAccess(HashMap m) {

        }


        void recordRemoval(HashMap m) {

        }

    }

HashMap的整体结构如下图：

可以看出，HashMap是有数组和链表组成的，数组是HashMap的主体，链表是为了解决哈希冲突而存在的。由上面结构可以看出来，如果不存在链表，HashMap的查询修改删除性能都非常好，如果存在链表很多，即存在很多哈希冲突，则性能会降低很多，因为到指定位置后还要遍历整个链表。

HashMap源码分析

HashMap的继承关系

HashMap继承于AbstractMap，实现了Map<K,V>

java.lang.Object

   ↳     java.util.AbstractMap

         ↳     java.util.HashMap



public class HashMap

    extends AbstractMap

    implements Map, Cloneable, Serializable { }

HashMap的关键属性

源码如下：

    // 默认的初始容量是16，必须是2的幂。
    static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 16;

    // 最大容量（必须是2的幂且小于2的30次方，传入容量过大将被这个值替换）
    static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;

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

    / 存储数据的Entry数组，长度是2的幂。

    // HashMap是采用拉链法实现的，每一个Entry本质上是一个单向链表
    transient Entry[] table;

    // HashMap的大小，它是HashMap保存的键值对的数量
    transient int size;
    // HashMap的阈值，用于判断是否需要调整HashMap的容量（threshold = 容量*加载因子）
    int threshold;


    // 加载因子实际大小
    final float loadFactor;


    // HashMap被改变的次数，fail-fast用于快速抛出异常ConcurrentModificationException 
    transient int modCount;



    static final int ALTERNATIVE_HASHING_THRESHOLD_DEFAULT = Integer.MAX_VALUE;