HashMap—基本结构

前言

       数组的特点是：寻址容易，插入和删除困难，数组利用下标定位，时间复杂度为O(1)，插入或删除元素的时间复杂度O(n)。

       链表的特点是：寻址困难，插入和删除容易，链表定位元素时间复杂度O(n)，插入或删除元素的时间复杂度O(1)。

那么我们能不能综合两者的特性，做出一种寻址容易，插入删除也容易的数据结构？

HashMap是结合两者优势，这是一种折中的方案。（在java8中引入了红黑树，是对性能的更进一步优化）

HashMap内部结构

HashMap实际上是一个数组，数组里面的每个元素都是一个链表。每个元素在通过put方法放入HashMap中的时候，要按照如下步骤进行：

1.根据该元素自身提供的hashcode计算出散列值，该散列值就是数组的下标

2.将新元素放入该数组位置的链表中

数组定义：

1. /**

2. * The table, resized as necessary. Length MUST Always be a power of two.

3. */

4. transient Entry[] table;

这是一个数组，transient关键字告诉我们它不会参与序列化。既然是一个数组，总有数目上限，也就意味着如果存入HashMap的元素太多，导致数组大小不能够存放所有的链表的时候，数组大小必须要能够调整。

Entry是什么类型？

 1 static class Entry<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
 2         final K key;
 3         V value;
 4         Entry<K,V> next;
 5         final int hash;
 6
 7         /**
 8          * Creates new entry.
 9          */
10         Entry(int h, K k, V v, Entry<K,V> n) {
11             value = v;
12             next = n;
13             key = k;
14             hash = h;
15         }
16         ....
17         public final boolean equals(Object o) {
18             if (!(o instanceof Map.Entry))
19                 return false;
20             Map.Entry e = (Map.Entry)o;
21             Object k1 = getKey();
22             Object k2 = e.getKey();
23             if (k1 == k2 || (k1 != null && k1.equals(k2))) {
24                 Object v1 = getValue();
25                 Object v2 = e.getValue();
26                 if (v1 == v2 || (v1 != null && v1.equals(v2)))
27                     return true;
28             }
29             return false;
30         }
31
32         public final int hashCode() {
33             return (key==null   ? 0 : key.hashCode()) ^
34                    (value==null ? 0 : value.hashCode());
35         }
36         ....

Entry部分源码

这是一个HashMap类的内部静态类。实现了Map.Entry接口。接受两个模板参数K和V。key和hash一旦在构造函数中被初始化，就不可改变，并且由于有next的存在，Entry可以构成一个单向链表。

HashMap 包含如下几个构造器：

1. HashMap()：构建一个初始容量为 16，负载因子为 0.75 的 HashMap。

2. ashMap(int initialCapacity)：构建一个初始容量为 initialCapacity，负载因子为 0.75 的 HashMap。

3. HashMap(int initialCapacity, float loadFactor)：以指定初始容量、指定的负载因子创建一个 HashMap。

HashMap的基础构造器HashMap(int initialCapacity, float loadFactor)带有两个参数，它们是初始容量initialCapacity和负载因子loadFactor。

负载因子loadFactor衡量的是一个散列表的空间的使用程度，负载因子越大表示散列表的装填程度越高，反之愈小。对于使用链表法的散列表来说，查找一个元素的平均时间是O(1+a)，因此如果负载因子越大，对空间的利用更充分，然而后果是查找效率的降低；如果负载因子太小，那么散列表的数据将过于稀疏，对空间造成严重浪费。

HashMap的实现中，通过threshold字段来判断HashMap的最大容量：

threshold = (int)(capacity * loadFactor);

结合负载因子的定义公式可知，threshold就是在此loadFactor和capacity对应下允许的最大元素数目，超过这个数目就重新resize，以降低实的负载因子。默认的的负际载因子0.75是对空间和时间效率的一个平衡选择。当容量超出此最大容量时， resize后的HashMap容量是原来容量的两倍.

参考：

http://www.codeceo.com/article/java-hashmap-learn.html

http://blog.csdn.net/csfreebird/article/details/7347026

http://www.cnblogs.com/xwdreamer/archive/2012/05/14/2499339.html