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HashMap（原理三）

沙漠一只雕得儿得儿 发布时间：2016-05-10 08:08:09 ，浏览量：3

1.    HashMap概述：

   HashMap是基于哈希表的Map接口的非同步实现。此实现提供所有可选的映射操作，并允许使用null值和null键。此类不保证映射的顺序，特别是它不保证该顺序恒久不变。

 

2.    HashMap的数据结构：

   在java编程语言中，最基本的结构就是两种，一个是数组，另外一个是模拟指针（引用），所有的数据结构都可以用这两个基本结构来构造的，HashMap也不例外。HashMap实际上是一个“链表散列”的数据结构，即数组和链表的结合体。

   从上图中可以看出，HashMap底层就是一个数组结构，数组中的每一项又是一个链表。当新建一个HashMap的时候，就会初始化一个数组。

   源码如下：

Java代码   收藏代码
  1. /** 
  2.  * The table, resized as necessary. Length MUST Always be a power of two. 
  3.  */  
  4. transient Entry[] table;  
  5.   
  6. static class Entry implements Map.Entry {  
  7.     final K key;  
  8.     V value;  
  9.     Entry next;  
  10.     final int hash;  
  11.     ……  
  12. }  

   可以看出，Entry就是数组中的元素，每个 Map.Entry 其实就是一个key-value对，它持有一个指向下一个元素的引用，这就构成了链表。

 

3.    HashMap的存取实现：

   1) 存储：

Java代码   收藏代码
  1. public V put(K key, V value) {  
  2.     // HashMap允许存放null键和null值。  
  3.     // 当key为null时，调用putForNullKey方法，将value放置在数组第一个位置。  
  4.     if (key == null)  
  5.         return putForNullKey(value);  
  6.     // 根据key的keyCode重新计算hash值。  
  7.     int hash = hash(key.hashCode());  
  8.     // 搜索指定hash值在对应table中的索引。  
  9.     int i = indexFor(hash, table.length);  
  10.     // 如果 i 索引处的 Entry 不为 null，通过循环不断遍历 e 元素的下一个元素。  
  11.     for (Entry e = table[i]; e != null; e = e.next) {  
  12.         Object k;  
  13.         if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {  
  14.             V oldValue = e.value;  
  15.             e.value = value;  
  16.             e.recordAccess(this);  
  17.             return oldValue;  
  18.         }  
  19.     }  
  20.     // 如果i索引处的Entry为null，表明此处还没有Entry。  
  21.     modCount++;  
  22.     // 将key、value添加到i索引处。  
  23.     addEntry(hash, key, value, i);  
  24.     return null;  
  25. }  

   从上面的源代码中可以看出：当我们往HashMap中put元素的时候，先根据key的hashCode重新计算hash值，根据hash值得到这个元素在数组中的位置（即下标），如果数组该位置上已经存放有其他元素了，那么在这个位置上的元素将以链表的形式存放，新加入的放在链头，最先加入的放在链尾。如果数组该位置上没有元素，就直接将该元素放到此数组中的该位置上。

   addEntry(hash, key, value, i)方法根据计算出的hash值，将key-value对放在数组table的i索引处。addEntry 是HashMap 提供的一个包访问权限的方法，代码如下：

Java代码   收藏代码
  1. void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {  
  2.     // 获取指定 bucketIndex 索引处的 Entry   
  3.     Entry e = table[bucketIndex];  
  4.     // 将新创建的 Entry 放入 bucketIndex 索引处，并让新的 Entry 指向原来的 Entry  
  5.     table[bucketIndex] = new Entry(hash, key, value, e);  
  6.     // 如果 Map 中的 key-value 对的数量超过了极限  
  7.     if (size++ >= threshold)  
  8.     // 把 table 对象的长度扩充到原来的2倍。  
  9.         resize(2 * table.length);  
  10. }  

   当系统决定存储HashMap中的key-value对时，完全没有考虑Entry中的value，仅仅只是根据key来计算并决定每个Entry的存储位置。我们完全可以把 Map 集合中的 value 当成 key 的附属，当系统决定了 key 的存储位置之后，value 随之保存在那里即可。

   hash(int h)方法根据key的hashCode重新计算一次散列。此算法加入了高位计算，防止低位不变，高位变化时，造成的hash冲突。

Java代码   收藏代码
  1. static int hash(int h) {  
  2.     h ^= (h >>> 20) ^ (h >>> 12);  
  3.     return h ^ (h >>> 7) ^ (h >>> 4);  
  4. }  

 

   我们可以看到在HashMap中要找到某个元素，需要根据key的hash值来求得对应数组中的位置。如何计算这个位置就是hash算法。前面说过HashMap的数据结构是数组和链表的结合，所以我们当然希望这个HashMap里面的元素位置尽量的分布均匀些，尽量使得每个位置上的元素数量只有一个，那么当我们用hash算法求得这个位置的时候，马上就可以知道对应位置的元素就是我们要的，而不用再去遍历链表，这样就大大优化了查询的效率。

   对于任意给定的对象，只要它的 hashCode() 返回值相同，那么程序调用 hash(int h) 方法所计算得到的 hash 码值总是相同的。我们首先想到的就是把hash值对数组长度取模运算，这样一来，元素的分布相对来说是比较均匀的。但是，“模”运算的消耗还是比较大的，在HashMap中是这样做的：调用 indexFor(int h, int length) 方法来计算该对象应该保存在 table 数组的哪个索引处。indexFor(int h, int length) 方法的代码如下：

Java代码   收藏代码
  1. static int indexFor(int h, int length) {  
  2.     return h & (length-1);  
  3. }  

 

   这个方法非常巧妙，它通过 h & (table.length -1) 来得到该对象的保存位，而HashMap底层数组的长度总是 2 的n 次方，这是HashMap在速度上的优化。在 HashMap 构造器中有如下代码：

Java代码   收藏代码
  1. int capacity = 1;  
  2.     while (capacity 
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