HashMap 底层分析

ゝ一纸荒年。 2022-02-26 08:28 223阅读 0赞

**更多 HashMap 与 ConcurrentHashMap 相关请查看[这里][Link 1]。**

# HashMap 底层分析 #

> 以下基于 JDK1.7 分析。

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如图所示，HashMap 底层是基于数组和链表实现的。其中有两个重要的参数：

*  容量
 *  负载因子

容量的默认大小是 16，负载因子是 0.75，当 `HashMap` 的 `size > 16*0.75` 时就会发生扩容(容量和负载因子都可以自由调整)。

## put 方法 ##

首先会将传入的 Key 做 `hash` 运算计算出 hashcode,然后根据数组长度取模计算出在数组中的 index 下标。

由于在计算中位运算比取模运算效率高的多，所以 HashMap 规定数组的长度为 `2^n` 。这样用 `2^n - 1` 做位运算与取模效果一致，并且效率还要高出许多。

由于数组的长度有限，所以难免会出现不同的 Key 通过运算得到的 index 相同，这种情况可以利用链表来解决，HashMap 会在 `table[index]`处形成链表，采用头插法将数据插入到链表中。

## get 方法 ##

get 和 put 类似，也是将传入的 Key 计算出 index ，如果该位置上是一个链表就需要遍历整个链表，通过 `key.equals(k)` 来找到对应的元素。

## 遍历方式 ##

Iterator<Map.Entry<String, Integer>> entryIterator = map.entrySet().iterator();
            while (entryIterator.hasNext()) {
                Map.Entry<String, Integer> next = entryIterator.next();
                System.out.println("key=" + next.getKey() + " value=" + next.getValue());
            }

Iterator<String> iterator = map.keySet().iterator();
            while (iterator.hasNext()){
                String key = iterator.next();
                System.out.println("key=" + key + " value=/" + map.get(key));
    
            }

map.forEach((key,value)->{
        System.out.println("key=" + key + " value=" + value);
    });

**强烈建议**使用第一种 EntrySet 进行遍历。

第一种可以把 key value 同时取出，第二种还得需要通过 key 取一次 value，效率较低, 第三种需要 `JDK1.8` 以上，通过外层遍历 table，内层遍历链表或红黑树。

## notice ##

在并发环境下使用 `HashMap` 容易出现死循环。

并发场景发生扩容，调用 `resize()` 方法里的 `rehash()` 时，容易出现环形链表。这样当获取一个不存在的 `key` 时，计算出的 `index` 正好是环形链表的下标时就会出现死循环。

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> 所以 HashMap 只能在单线程中使用，并且尽量的预设容量，尽可能的减少扩容。

在 `JDK1.8` 中对 `HashMap` 进行了优化：  
当 `hash` 碰撞之后写入链表的长度超过了阈值(默认为8)，链表将会转换为**红黑树**。

假设 `hash` 冲突非常严重，一个数组后面接了很长的链表，此时重新的时间复杂度就是 `O(n)` 。

如果是红黑树，时间复杂度就是 `O(logn)` 。

大大提高了查询效率。

多线程场景下推荐使用 [ConcurrentHashMap][]。

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矿洞程序员.jpg

[Link 1]: https://crossoverjie.top/2018/07/23/java-senior/ConcurrentHashMap/
[11863677-67943c6c70daa3a7.jpg]: /images/20220226/4e80616be7f64951a3077a180379d422.png
[11863677-8c586b347ef2d298.jpg]: /images/20220226/95abadec7f8444a580e0366d1b6e2605.png
[ConcurrentHashMap]: https://github.com/crossoverJie/Java-Interview/blob/master/MD/ConcurrentHashMap.md
[11863677-35e4bc2f2573b36a.jpg]: /images/20220226/900e1b13c56a46a7b289bbb72f48cbe5.png