(转载)HashMap工作原理

HashMap是近些年来java面试中常问到的知识点，很多人(包括我在内)都知道HashMap的用法，也知道HashMap与HashTable之间的区别，但是却不知其所以然，于是乎，本人开始查阅相关资料，解读HashMap的实现源代码，打算一探究竟。

一、HashMap的基本了解

基本定义:根据源代码的描述可知，HashMap是基于哈希表的Map接口的实现，其包含了Map接口的所有映射操作，并且允许使用null键和null值。

与HashTable的区别:HashMap可以近似地看成是HashTable,但是它是非线程安全的，并且允许使用null键和null值，而这些都与HashTable恰巧相反。

注:HashMap可以使用ConcurrentHashMap代替，ConcurrentHashMap是一个线程安全，更加快速的HashMap.

存储结构:HashMap的存储结构其实就是哈希表的存储结构(由数组与链表结合组成，称为链表的数组)。如下图所示:

如上图所示，HashMap中元素存储的形式是键-值对(key-value对,即Entry对)，所有具有相同hashcode值的键(key)所对应的entry对会被链接起来组成一条链表，而数组的作用则是存储链表中第一个结点的地址值。

二、影响HashMap性能的因素

在HashMap中，还存在着两个概念，桶(buckets)和加载因子(load factor)。

桶(buckets):上图中的标有0、1、2、3、….、11所对应的数组空间就是一个个桶。

加载因子(load factor):是哈希表在其容量自动增加之前可以达到多满的一种尺度，默认值是0.75。

根据源代码中所述，影响HashMap性能有两个因素:哈希表中的初始化容量(桶的数量)和加载因子。当哈希表中条目数超过了当前容量与加载因子的乘积时，哈希表将会作出自我调整，将容量扩充为原来的两倍，并且重新将原有的元素重新映射到表中，这一过程成为rehash。看到这里，相必大家会发现rehash操作是会造成时间与空间的开销的，因此为什么初始化容量与加载因子会影响HashMap的性能也就可以理解了。

代码示例1.添加键-值对的java源代码:

void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {

Entry<K,V> e = table[bucketIndex]; //找到元素要插入的桶

table[bucketIndex] = new Entry<K,V>(hash, key, value, e);

if (size++ >= threshold) //threshold的值为当前容量*加载因子(0.75)

resize(2 * table.length); //将HashMap的容量扩充为当前容量的两倍

}

代码示例2.扩充HashMap实例容量源代码:

void resize(int newCapacity) {

Entry[] oldTable = table;

int oldCapacity = oldTable.length;

if (oldCapacity == MAXIMUM_CAPACITY) {

threshold = Integer.MAX_VALUE;

return;

}

Entry[] newTable = new Entry[newCapacity]; //重新定义新容量的Entry对

transfer(newTable); //rehash操作，将旧表中的元素重新映射到新表中

table = newTable;

threshold = (int)(newCapacity * loadFactor);//新的临界值为新的容量*加载因子

}

三、put/get方法实现原理

put操作:HashMap在进行put操作的时候，会首先调用Key值中的hashCode()方法，用于获取对应的bucket的下标值以便存放数据。具体操作可以参照如下的java源代码:

代码示例3.put方法的java源代码:

public V put(K key, V value) {

if (key == null)

return putForNullKey(value);

int hash = hash(key.hashCode());

int i = indexFor(hash, table .length );

for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e. next) {

Object k;

if (e. hash == hash && ((k = e. key) == key || key.equals(k))) {

V oldValue = e. value;

e. value = value;

e.recordAccess( this);

return oldValue;

}

modCount++;

addEntry(hash, key, value, i);

return null;

}

正如上述代码所示，HashMap通过key值的hashcode获得了对应的bucket存储空间的下标，然后进入bucket空间，通过遍历链表比较新插入Key值在链表中是否已存在，如果存在则用新的键-值对替换掉旧值，否则插入新的键-值对。看到这里，相信大家会发现，hashCode值相同的两个值可能是不同的两个对象，而当put进去的是另一个hashCode值相等的对象时，会发生冲突，而在HashMap中解决这种冲突的方法就是将hashCode值相同的key值所对应的key-value对串联成一条链表，请见上面的HashMap数据结构图。

get操作:HashMap在进行get操作的时候，与put方法类似，会首先调用Key值中的hashCode()方法，用于获取对应的bucket的下标值，找到bucket的位置后，再通过key.equals()方法找到对应的键-值对，从而获得对应的value值。java源代码如下:

代码示例4.get方法的java源代码:

public V get(Object key) {

if (key == null)

return getForNullKey();

int hash = hash(key.hashCode());

for (Entry<K,V> e = table[ indexFor(hash, table.length)];

e != null;

e = e. next) {

Object k;

if (e. hash == hash && ((k = e. key) == key || key.equals(k)))

return e. value;

}

return null;

}

总结:HashMap是基于hashing原理对key-value对进行存储与获取，当使用put()方法添加key-value对时，它会首先检查hashCode的值，并以此获得对应的bucket位置进行存储，当发生冲突时(hashcode值相同的两个不同key)，新的key-value对会以结点的形式添加到链表的末尾。而使用get()方法时，同样地会根据key的hashCode值找到相应的bucket位置，再通过key.equals()方法找到对应的key-value对，最终成功获取value值。

详情请参考：http://blog.csdn.net/caihaijiang/article/details/6280251