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【转】HashMap实现原理分析
1. HashMap的数据结构
数据结构中有数组和链表来实现对数据的存储，但这两者基本上是两个极端。
数组
数组存储区间是连续的，占用内存严重，故空间复杂的很大。但数组的二分查找时间复杂度小，为O(1)；数组的特点是：寻址容易，插入和删除困难；
链表
链表存储区间离散，占用内存比较宽松，故空间复杂度很小，但时间复杂度很大，达O（N）。链表的特点是：寻址困难，插入和删除容易。
哈希表
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？答案是肯定的，这就是我们要提起的哈希表。哈希表（(Hash table）既满足了数据的查找方便，同时不占用太多的内容空间，使用也十分方便。
哈希表有多种不同的实现方法，我接下来解释的是最常用的一种方法—— 拉链法，我们可以理解为“链表的数组” ，如图：
从上图我们可以发现哈希表是由数组+链表组成的，一个长度为16的数组中，每个元素存储的是一个链表的头结点。那么这些元素是按照什么样的规则存储到数组中呢。一般情况是通过hash(key)%len获得，也就是元素的key的哈希值对数组长度取模得到。比如上述哈希表中，12%16=12,28%16=12,108%16=12,140%16=12。所以12、28、108以及140都存储在数组下标为12的位置。
HashMap其实也是一个线性的数组实现的,所以可以理解为其存储数据的容器就是一个线性数组。这可能让我们很不解，一个线性的数组怎么实现按键值对来存取数据呢？这里HashMap有做一些处理。
首先HashMap里面实现一个静态内部类Entry，其重要的属性有 key , value, next，从属性key,value我们就能很明显的看出来Entry就是HashMap键值对实现的一个基础bean，我们上面说到HashMap的基础就是一个线性数组，这个数组就是Entry[]，Map里面的内容都保存在Entry[]里面。
transient Entry[] table;
2. HashMap的存取实现
既然是线性数组，为什么能随机存取？这里HashMap用了一个小算法，大致是这样实现：
1 // 存储时:2 int hash = key.hashCode(); // 这个hashCode方法这里不详述,只要理解每个key的hash是一个固定的int值3 int index = hash % Entry[].length;4 Entry[index] = value;// 取值时:5 int hash = key.hashCode();6 int index = hash % Entry[].length;7 return Entry[index];
1）put
这里HashMap里面用到链式数据结构的一个概念。上面我们提到过Entry类里面有一个next属性，作用是指向下一个Entry。打个比方， 第一个键值对A进来，通过计算其key的hash得到的index=0，记做:Entry[0] = A。一会后又进来一个键值对B，通过计算其index也等于0，现在怎么办？HashMap会这样做:B.next = A,Entry[0] = B,如果又进来C,index也等于0,那么C.next = B,Entry[0] = C；这样我们发现index=0的地方其实存取了A,B,C三个键值对,他们通过next这个属性链接在一起。所以疑问不用担心。也就是说数组中存储的是最后插入的元素。到这里为止，HashMap的大致实现，我们应该已经清楚了。
1 public V put(K key, V value) { 2 if (key == null) 3 return putForNullKey(value); //null总是放在数组的第一个链表中 4 int hash = hash(key.hashCode()); 5 int i = indexFor(hash, table.length); 6 //遍历链表 7 for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) { 8 Object k; 9 //如果key在链表中已存在，则替换为新value10 if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {11 V oldValue =http://www.mamicode.com/ e.value;12 e.value =http://www.mamicode.com/ value;13 e.recordAccess(this);14 return oldValue;15 }16 }17 modCount++;18 addEntry(hash, key, value, i);19 return null;20 }
1 void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {2 Entry<K,V> e = table[bucketIndex];3 table[bucketIndex] = new Entry<K,V>(hash, key, value, e); //参数e, 是Entry.next4 //如果size超过threshold，则扩充table大小。再散列5 if (size++ >= threshold)6 resize(2 * table.length);7 }
当然HashMap里面也包含一些优化方面的实现，这里也说一下。比如：Entry[]的长度一定后，随着map里面数据的越来越长，这样同一个index的链就会很长，会不会影响性能？HashMap里面设置一个因子，随着map的size越来越大，Entry[]会以一定的规则加长长度。
2）get
1 public V get(Object key) { 2 if (key == null) 3 return getForNullKey(); 4 int hash = hash(key.hashCode()); 5 //先定位到数组元素，再遍历该元素处的链表 6 for (Entry<K,V> e = table[indexFor(hash, table.length)]; 7 e != null; 8 e = e.next) { 9 Object k;10 if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k)))11 return e.value;12 }13 return null;14 }15
3）null key的存取
null key总是存放在Entry[]数组的第一个元素。
1 private V putForNullKey(V value) { 2 for (Entry<K,V> e = table[0]; e != null; e = e.next) { 3 if (e.key == null) { 4 V oldValue =http://www.mamicode.com/ e.value; 5 e.value =http://www.mamicode.com/ value; 6 e.recordAccess(this); 7 return oldValue; 8 } 9 }10 modCount++;11 addEntry(0, null, value, 0);12 return null;13 }14 private V getForNullKey() {15 for (Entry<K,V> e = table[0]; e != null; e = e.next) {16 if (e.key == null)17 return e.value;18 }19 return null;20 }
4）确定数组index：hashcode % table.length取模
HashMap存取时，都需要计算当前key应该对应Entry[]数组哪个元素，即计算数组下标；算法如下：
1 /**2 * Returns index for hash code h.3 */4 static int indexFor(int h, int length) {5 return h & (length-1);6 }
5）table初始大小
1 public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) { 2 .....// Find a power of 2 >= initialCapacity 3 int capacity = 1; 4 while (capacity < initialCapacity) 5 capacity <<= 1; 6 this.loadFactor = loadFactor; 7 threshold = (int)(capacity * loadFactor); 8 table = new Entry[capacity]; 9 init();10 }
注意table初始大小并不是构造函数中的initialCapacity！！
而是 >= initialCapacity的2的n次幂！！！！
————为什么这么设计呢？——
3. 解决hash冲突的办法
- 开放定址法（线性探测再散列，二次探测再散列，伪随机探测再散列）
- 再哈希法
- 链地址法
- 建立一个公共溢出区
Java中hashmap的解决办法就是采用的链地址法。
4. 再散列rehash过程
当哈希表的容量超过默认容量时，必须调整table的大小。当容量已经达到最大可能值时，那么该方法就将容量调整到Integer.MAX_VALUE返回，这时，需要创建一张新表，将原表的映射到新表中。
1 /** 2 * Rehashes the contents of this map into a new array with a 3 * larger capacity. This method is called automatically when the 4 * number of keys in this map reaches its threshold. 5 * 6 * If current capacity is MAXIMUM_CAPACITY, this method does not 7 * resize the map, but sets threshold to Integer.MAX_VALUE. 8 * This has the effect of preventing future calls. 9 *10 * @param newCapacity the new capacity, MUST be a power of two;11 * must be greater than current capacity unless current12 * capacity is MAXIMUM_CAPACITY (in which case value13 * is irrelevant).14 */15 void resize(int newCapacity) {16 Entry[] oldTable = table;17 int oldCapacity = oldTable.length;18 if (oldCapacity == MAXIMUM_CAPACITY) {19 threshold = Integer.MAX_VALUE;20 return;21 }22 Entry[] newTable = new Entry[newCapacity];23 transfer(newTable);24 table = newTable;25 threshold = (int)(newCapacity * loadFactor);26 }27 28 29 30 /**31 * Transfers all entries from current table to newTable.32 */33 void transfer(Entry[] newTable) {34 Entry[] src =http://www.mamicode.com/ table;35 int newCapacity = newTable.length;36 for (int j = 0; j < src.length; j++) {37 Entry<K,V> e = src[j];38 if (e != null) {39 src[j] = null;40 do {41 Entry<K,V> next = e.next;42 //重新计算index43 int i = indexFor(e.hash, newCapacity);44 e.next = newTable[i];45 newTable[i] = e;46 e = next;47 } while (e != null);48 }49 }50 }
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