Java HashMap的工作原理

面试的时候经常会遇见诸如:“java中的HashMap是怎么工作的”,“HashMap的get和put内部的工作原理”这样的问题。本文将用一个简单的例子来解释下HashMap内部的工作原理。首先我们从一个例子开始,而不仅仅是从理论上,这样,有助于更好地理解,然后,我们来看下get和put到底是怎样工作的。

我们来看个非常简单的例子。有一个”国家”(Country)类,我们将要用Country对象作为key,它的首都的名字(String类型)作为value。下面的例子有助于我们理解key-value对在HashMap中是如何存储的。

1. Country.java


1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30

31

32

33

34

35

36

37

38

39

40

41

42

43

package

org.arpit.javapostsforlearning;

public

class

Country {

 String
name;

 long

population;

 public

Country(String name,
long

population) {

  super();

  this.name
= name;

  this.population
= population;

 }

 public

String getName() {

  return

name;

 }

 public

void

setName(String name) {

  this.name
= name;

 }

 public

long

getPopulation() {

  return

population;

 }

 public

void

setPopulation(
long

population) {

  this.population
= population;

 }

 //
If length of name in country object is even then return 31(any random number) and if odd then return 95(any random number).

 //
This is not a good practice to generate hashcode as below method but I am doing so to give better and easy understanding of hashmap.

 @Override

 public

int

hashCode() {

  if(this.name.length()%2==0)

   return

31
;

  else

   return

95
;

 }

 @Override

 public

boolean

equals(Object obj) {

  Country
other = (Country) obj;

   if

(name.equalsIgnoreCase((other.name)))

   return

true
;

  return

false
;

 }

}

如果想了解更多关于Object对象的hashcode和equals方法的东西,可以参考:

java中的hashcode()和equals()方法

2. HashMapStructure.java(main class)


1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30

31

32

33

import

java.util.HashMap;

import

java.util.Iterator;

  

public

class

HashMapStructure {

  

    /**

     *
@author Arpit Mandliya

     */

    public

static

void

main(String[] args) {

          

        Country
india=
new

Country(
"India",1000);

        Country
japan=
new

Country(
"Japan",10000);

          

        Country
france=
new

Country(
"France",2000);

        Country
russia=
new

Country(
"Russia",20000);

          

        HashMap<country,string>
countryCapitalMap=
new

HashMap<country,string>();

        countryCapitalMap.put(india,"Delhi");

        countryCapitalMap.put(japan,"Tokyo");

        countryCapitalMap.put(france,"Paris");

        countryCapitalMap.put(russia,"Moscow");

          

        Iterator<country>
countryCapitalIter=countryCapitalMap.keySet().iterator();
//put
debug point at this line

        while(countryCapitalIter.hasNext())

        {

            Country
countryObj=countryCapitalIter.next();

            String
capital=countryCapitalMap.get(countryObj);

            System.out.println(countryObj.getName()+"----"+capital);

            }

        }

  

  

}

现在,在第23行设置一个断点,在项目上右击->调试运行(debug as)->java应用(java application)。程序会停在23行,然后在countryCapitalMap上右击,选择“查看”(watch)。将会看到如下的结构:

从上图可以观察到以下几点:

  1. 有一个叫做table大小是16的Entry数组。
  2. 这个table数组存储了Entry类的对象。HashMap类有一个叫做Entry的内部类。这个Entry类包含了key-value作为实例变量。我们来看下Entry类的结构。Entry类的结构:

1

2

3

4

5

6

7

8

static

class

Entry
implements

Map.Entry

{

        final

K key;

        V
value;

        Entry
next;

        final

int

hash;

        ...//More
code goes here

}  
`

  1. 每当往hashmap里面存放key-value对的时候,都会为它们实例化一个Entry对象,这个Entry对象就会存储在前面提到的Entry数组table中。现在你一定很想知道,上面创建的Entry对象将会存放在具体哪个位置(在table中的精确位置)。答案就是,根据key的hashcode()方法计算出来的hash值(来决定)。hash值用来计算key在Entry数组的索引。
  2. 现在,如果你看下上图中数组的索引10,它有一个叫做HashMap$Entry的Entry对象。
  3. 我们往hashmap放了4个key-value对,但是看上去好像只有2个元素!!!这是因为,如果两个元素有相同的hashcode,它们会被放在同一个索引上。问题出现了,该怎么放呢?原来它是以链表(LinkedList)的形式来存储的(逻辑上)。

上面的country对象的key-value的hash值是如何计算出来的。

`

<code>Japan的Hash值是95,它的长度是奇数。

India的Hash值是95,它的长度是奇数。

Russia的Hash值是31,它的长度是偶数。

France,它的长度是偶数。
</code>

`

下图会清晰的从概念上解释下链表。

所以,现在假如你已经很好地了解了hashmap的结构,让我们看下put和get方法。

Put :

让我们看下put方法的实现:


1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30

31

32

33

/**

  *
Associates the specified value with the specified key in this map. If the

  *
map previously contained a mapping for the key, the old value is

  *
replaced.

  *

  *
@param key

  *           
key with which the specified value is to be associated

  *
@param value

  *           
value to be associated with the specified key

  *
@return the previous value associated with <tt>key</tt>, or <tt>null</tt>

  *        
if there was no mapping for <tt>key</tt>. (A <tt>null</tt> return

  *        
can also indicate that the map previously associated

  *        
<tt>null</tt> with <tt>key</tt>.)

  */

 public

V put(K key, V value) {

  if

(key ==
null)

   return

putForNullKey(value);

  int

hash = hash(key.hashCode());

  int

i = indexFor(hash, table.length);

  for

(Entry<k , V> e = table[i]; e !=
null;
e = e.next) {

   Object
k;

   if

(e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {

    V
oldValue = e.value;

    e.value
= value;

    e.recordAccess(this);

    return

oldValue;

   }

  }

  modCount++;

  addEntry(hash,
key, value, i);

  return

null
;

 }

现在我们一步一步来看下上面的代码。

  1. 对key做null检查。如果key是null,会被存储到table[0],因为null的hash值总是0。
  2. key的hashcode()方法会被调用,然后计算hash值。hash值用来找到存储Entry对象的数组的索引。有时候hash函数可能写的很不好,所以JDK的设计者添加了另一个叫做hash()的方法,它接收刚才计算的hash值作为参数。如果你想了解更多关于hash()函数的东西,可以参考:hashmap中的hash和indexFor方法
  3. indexFor(hash,table.length)用来计算在table数组中存储Entry对象的精确的索引。
  4. 在我们的例子中已经看到,如果两个key有相同的hash值(也叫冲突),他们会以链表的形式来存储。所以,这里我们就迭代链表。
  • 如果在刚才计算出来的索引位置没有元素,直接把Entry对象放在那个索引上。
  • 如果索引上有元素,然后会进行迭代,一直到Entry->next是null。当前的Entry对象变成链表的下一个节点。
  • 如果我们再次放入同样的key会怎样呢?逻辑上,它应该替换老的value。事实上,它确实是这么做的。在迭代的过程中,会调用equals()方法来检查key的相等性(key.equals(k)),如果这个方法返回true,它就会用当前Entry的value来替换之前的value。

Get:

现在我们来看下get方法的实现:


1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

/**

  *
Returns the value to which the specified key is mapped, or {@code null}

  *
if this map contains no mapping for the key.

  *

  *
<p>

  *
More formally, if this map contains a mapping from a key {@code k} to a

  *
value {@code v} such that {@code (key==null ? k==null :

  *
key.equals(k))}, then this method returns {@code v}; otherwise it returns

  *
{@code null}. (There can be at most one such mapping.)

  *

  *
</p><p>

  *
A return value of {@code null} does not <i>necessarily</i> indicate that

  *
the map contains no mapping for the key; it‘s also possible that the map

  *
explicitly maps the key to {@code null}. The {@link #containsKey

  *
containsKey} operation may be used to distinguish these two cases.

  *

  *
@see #put(Object, Object)

  */

 public

V get(Object key) {

  if

(key ==
null)

   return

getForNullKey();

  int

hash = hash(key.hashCode());

  for

(Entry<k , V> e = table[indexFor(hash, table.length)]; e !=
null;
e = e.next) {

   Object
k;

   if

(e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k)))

    return

e.value;

  }

  return

null
;

 }

当你理解了hashmap的put的工作原理,理解get的工作原理就非常简单了。当你传递一个key从hashmap总获取value的时候:

  1. 对key进行null检查。如果key是null,table[0]这个位置的元素将被返回。
  2. key的hashcode()方法被调用,然后计算hash值。
  3. indexFor(hash,table.length)用来计算要获取的Entry对象在table数组中的精确的位置,使用刚才计算的hash值。
  4. 在获取了table数组的索引之后,会迭代链表,调用equals()方法检查key的相等性,如果equals()方法返回true,get方法返回Entry对象的value,否则,返回null。

要牢记以下关键点:

  • HashMap有一个叫做Entry的内部类,它用来存储key-value对。
  • 上面的Entry对象是存储在一个叫做table的Entry数组中。
  • table的索引在逻辑上叫做“桶”(bucket),它存储了链表的第一个元素。
  • key的hashcode()方法用来找到Entry对象所在的桶。
  • 如果两个key有相同的hash值,他们会被放在table数组的同一个桶里面。
  • key的equals()方法用来确保key的唯一性。
  • value对象的equals()和hashcode()方法根本一点用也没有。
  • 原文链接: javacodegeeks 翻译: ImportNew.commiracle1919

    译文链接: http://www.importnew.com/10620.html

时间: 2024-08-08 01:16:02

Java HashMap的工作原理的相关文章

Java HashMap的工作原理(转载)

原文地址:http://www.importnew.com/10620.html 面试的时候经常会遇见诸如:"java中的HashMap是怎么工作的","HashMap的get和put内部的工作原理"这样的问题.本文将用一个简单的例子来解释下HashMap内部的工作原理.首先我们从一个例子开始,而不仅仅是从理论上,这样,有助于更好地理解,然后,我们来看下get和put到底是怎样工作的. 我们来看个非常简单的例子.有一个"国家"(Country)类

Java中的数据结构有哪些?HashMap的工作原理是什么?

Java中常用数据结构 常用的数据结构有哈希表,线性表,链表,java.util包中有三个重要的接口:List,Set,Map常用来实现基本的数据结构 HashMap的工作原理 HashMap基于hashing原理,我们通过put(key,value)和get(key)方法存储和获取对象元素,当我们将key值传递给put()方法时,会自动调用对象元素的hashcode方法计算hashcode,然后根据hashcode确定对象元素具体存储的位置: 获取对象时,我们根据键对象的equals方法找到具

HashMap的工作原理

这是一节让你深入理解hash_map的介绍,如果你只是想囫囵吞枣,不想理解其原理,你倒是可以略过这一节,但我还是建议你看看,多了解一些没有坏处. hash_map基于hash table(哈希表).哈希表最大的优点,就是把数据的存储和查找消耗的时间大大降低,几乎可以看成是常数时间:而代价仅仅是消耗比较多的内存.然而在当前可利用内存越来越多的情况下,用空间换时间的做法是值得的.另外,编码比较容易也是它的特点之一. 其基本原理是:使用一个下标范围比较大的数组来存储元素.可以设计一个函数(哈希函数,也

从头认识java-15.7 Map(4)-介绍HashMap的工作原理-hash碰撞(经常作为面试题)

这一章节我们来讨论一下hash碰撞. 1.什么是hash碰撞? 就是两个对象的key的hashcode是一样的,这个时候怎么get他的value呢? 答案是通过equals遍历table那个位置上面的Entry链表. 2.例子 正常的例子: package com.ray.ch14; import java.util.HashMap; public class Test { public static void main(String[] args) { HashMap<Person, Dog>

从头认识java-15.7 Map(2)-介绍HashMap的工作原理-put方法

这一章节我们来介绍HashMap的工作原理. 1.HashMap的工作原理图 下图引用自:http://www.admin10000.com/document/3322.html 2.HashMap初始化的时候我们可以这样理解:一个数组,每一个位置存储的是一个链表,链表里面的每一个元素才是我们记录的元素 3.下面我们来看put的源码: public V put(K key, V value) { if (key == null) return putForNullKey(value); int

转载: HashMap的工作原理

摘要 HashMap在java项目中占有举足轻重的地位,所以了解HashMap的工作原理很有必要. 1.前言 在探讨HashMap源码之前,先说一下HashCode,为什么呢?因为HashMap有一个特性是Key是唯一值,如何确定key的唯 一性呢,这就用到了hash算法.在HashMap(jdk1.7)的put方法实现中首先利用了hash()生成key的hashCode,然后比较 key的hashCode是否已经存在集合,如果不存在,就插入到集合,如果已存在,则返回null. 1.1 hash

Java类加载器工作原理

Java类加载器是用来在运行时加载类(*.class文件).Java类加载器基于三个原则:委托.可见性.唯一性.委托原则把加载类的请求转发给父 类加载器,而且仅加载类当父 类加载器无法找到或者不能加载类时.可见性原则允许子类加载器查看由父类加载器加载的所有的类,但是父类加载器不能查看由子类加载器加载的类.唯一性原则只允许加载一次类文件,这基本上是通过委托原则来实现的并确保子类加载器不重新加载由父类加载器加载过的类.正确的理解类加载器原理必须解决像 NoClassDefFoundError in

java gc的工作原理、如何优化GC的性能、如何和GC进行有效的交互

java gc的工作原理.如何优化GC的性能.如何和GC进行有效的交互 一个优秀的Java 程序员必须了解GC 的工作原理.如何优化GC的性能.如何和GC进行有效的交互,因为有一些应用程序对性能要求较高,例如嵌入式系统.实时系统等.只有全面提升内存的管理效 率,才能提高整个应用程序的性能. 本篇文章首先简单介绍GC的工作原理,然后再对GC的几个关键问题进行深入探讨,最后提出一些Java程序设计建议,从GC角度提高Java程序的性能. GC的基本原理     Java 的内存管理实际上就是对象的管

【Java】Servlet 工作原理解析

Web 技术成为当今主流的互联网 Web 应用技术之一,而 Servlet 是 Java Web 技术的核心基础.因而掌握 Servlet 的工作原理是成为一名合格的 Java Web 技术开发人员的基本要求.本文将带你认识 Java Web 技术是如何基于 Servlet 工作,你将知道:以 Tomcat 为例了解 Servlet 容器是如何工作的?一个 Web 工程在 Servlet 容器中是如何启动的? Servlet 容器如何解析你在 web.xml 中定义的 Servlet ?用户的请