JDK HashMap学习

一、 HashMap概述：

Map 集合类用于存储元素对（称作“键”和“值”），其中每个键映射到一个值。

二、 HashMap内部存储

使用实现Map接口的内部类存储元素，Map接口定义如下：

interface Entry<K,V> {

K getKey();

V getValue();

V setValue(V value);

boolean equals(Object o);

int hashCode();

}

内部类如下：

static class Entry<K,V> implements Map.Entry<K,V> {

final K key; // 本元素键引用

V value; // 本元素值引用

Entry<K,V> next; // 指向相同hash值的下一个元素

int hash; // 将通过key对象hashCode()方法获取的哈希值传入HashMap类 // 中的final int hash(Object k)方法获取的值

……

}

一个简单的HashMap对象的内部存储图如下，对于Entry e元素，存放在index数组的第e.hash & (index.length-1)个位置的链表中。使用hash()函数重新计算得出的哈希值是为了减少碰撞冲突的发生。

三、 HashMap重要API

initial capacity 初始容量，新建该HashMap对象使用的数组大小，

load factor 装载因子，用来度量该HashMap对象使用的数组所能容纳的元素个数：当尝试添加一个元素之前，如果发现当前已存储元素个数为index.length*load factor，则先新建一个容量为index.length*2的数组，并把原来数组中的元素重新计算索引值，放到对应的数组链表项中。然后再添加该元素。

构造函数：

public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor)

public HashMap(int initialCapacity)

public HashMap()

// 初始时新建存储原来Map接口对应的类对象的键和值的Entry元素添加到该

// HashMap对象

public HashMap(Map<? extends K, ? extends V> m)

// 获取该HashMap对象指定键对应的key，如果不存在则返回null。但是当返回null时候，不表示不存在对应的Entry元素，也可能该元素存储的时候value就为空。查找过程如下：

首先将通过key对象hashCode()方法获取的哈希值传入HashMap类中的final int hash(Object k)方法获取一个哈希值hash，在index数组的第hash & (index.length-1)个位置的链表中查找某个Entry e元素，并满足(k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))，即引用同一个元素，或者通过equals方法判断相等。

public V get(Object key)

// 判断该HashMap对象中是否包含key指定的项

public boolean containsKey(Object key) {

return getEntry(key) != null;

}

// 如果该HashMap对象中存在key对应的Entry e，则把e的值设为value；否则新建一个Entry并添加。同样，尝试添加一个元素之前，如果发现当前已存储元素个数为index.length*load factor，则先新建一个容量为index.length*2的数组，并把原来数组中的元素重新计算索引值，放到对应的数组链表项中。然后再添加该元素。

public V put(K key, V value)

// 删除该HashMap对象中key对应的Entry e并返回e；如果不存在对应的e则返回空。该操作不会改变内部存储的数组大小。

public V remove(Object key)

四、 tips

1. 键的不变性

l 你向HashMap中插入一个对象，它的键就是“1”。HashMap从键（即“1”）的散列码中生成哈希值。Map在新创建的记录中存储这个哈希值。

l 你改动键的内部值，将其变为“2”。键的哈希值发生了改变，但是HashMap并不知道这一点（因为存储的是旧的哈希值）。

l 你试着通过修改后的键获取相应的对象。Map会计算新的键（即“2”）的哈希值，从而找到Entry对象所在的链表（桶）。既然你已经修改了键，Map会试着在错误的桶中寻找Entry对象，很可能找不到。

2. 非线性安全：可通过将HashMap方法操作放入synchronized块中实现线性安全。

3. 性能问题

initial capacity 初始容量

load factor 装载因子

如果你需要存储大量数据，你应该在创建HashMap时指定一个初始的容量，这个容量应该接近你期望的大小。

如果你不这样做，Map会使用默认的大小，即16，factorLoad的值是0.75。前11次调用put()方法会非常快，但是第12次（16*0.75）调用时会创建一个新的长度为32的内部数组（以及对应的链表/树），第13次到第22次调用put()方法会很快，但是第23次（32*0.75）调用时会重新创建（再一次）一个新的内部数组，数组的长度翻倍。然后内部调整大小的操作会在第48次、96次、192次…..调用put()方法时触发。如果数据量不大，重建内部数组的操作会很快，但是数据量很大时，花费的时间可能会从秒级到分钟级。通过初始化时指定Map期望的大小，你可以避免调整大小操作带来的消耗。

但这里也有一个缺点：如果你将数组设置的非常大，例如2^28，但你只是用了数组中的2^26个桶，那么你将会浪费大量的内存（在这个示例中大约是2^30字节）。

key对象哈希函数hashCode()

在最好的情况下，get()和put()方法都只有O(1)的复杂度。但是，如果你不去关心键的哈希函数，那么你的put()和get()方法可能会执行非常慢。put()和get()方法的高效执行，取决于数据被分配到内部数组（桶）的不同的索引上。如果键的哈希函数设计不合理，你会得到一个非对称的分区（不管内部数据的是多大）。所有的put()和get()方法会使用最大的链表，这样就会执行很慢，因为它需要迭代链表中的全部记录。在最坏的情况下（如果大部分数据都在同一个桶上），那么你的时间复杂度就会变为O(n)。

下面是一个可视化的示例。