Java HashMap的工作原理（转载）

原文地址：http://www.importnew.com/10620.html

面试的时候经常会遇见诸如："java中的HashMap是怎么工作的"，"HashMap的get和put内部的工作原理"这样的问题。本文将用一个简单的例子来解释下HashMap内部的工作原理。首先我们从一个例子开始，而不仅仅是从理论上，这样，有助于更好地理解，然后，我们来看下get和put到底是怎样工作的。

我们来看个非常简单的例子。有一个"国家"(Country)类，我们将要用Country对象作为key，它的首都的名字（String类型）作为value。下面的例子有助于我们理解key-value对在HashMap中是如何存储的。

1. Country.java

1. package org.arpit.javapostsforlearning;
2. public class Country {
3.  
4.  String name;
5.  long population;
6.  
7.  public Country(String name, long population) {
8.   super();
9.   this.name = name;
10.   this.population = population;
11.  }
12.  public String getName() {
13.   return name;
14.  }
15.  public void setName(String name) {
16.   this.name = name;
17.  }
18.  public long getPopulation() {
19.   return population;
20.  }
21.  public void setPopulation(long population) {
22.   this.population = population;
23.  }
24.  
25.  // If length of name in country object is even then return 31(any random number) and if odd then return 95(any random number).
26.  // This is not a good practice to generate hashcode as below method but I am doing so to give better and easy understanding of hashmap.
27.  @Override
28.  public int hashCode() {
29.   if(this.name.length()%2==0)
30.    return 31;
31.   else
32.    return 95;
33.  }
34.  @Override
35.  public boolean equals(Object obj) {
36.  
37.   Country other = (Country) obj;
38.    if (name.equalsIgnoreCase((other.name)))
39.    return true;
40.   return false;
41.  }
42.  
43. }

我的理解：hash只是用来存储，我们使用get（Object t）来获取一个元素，如何判断t就是表中存储的key，是通过equals来判断的。

如果想了解更多关于Object对象的hashcode和equals方法的东西，可以参考：
java中的hashcode()和equals()方法

2. HashMapStructure.java(main class)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33

import java.util.HashMap; import java.util.Iterator; public class HashMapStructure { /** * @author Arpit Mandliya */ public static void main(String[] args) { Country india=new Country("India",1000); Country japan=new Country("Japan",10000); Country france=new Country("France",2000); Country russia=new Country("Russia",20000); HashMap<country,string> countryCapitalMap=new HashMap<country,string>(); countryCapitalMap.put(india,"Delhi"); countryCapitalMap.put(japan,"Tokyo"); countryCapitalMap.put(france,"Paris"); countryCapitalMap.put(russia,"Moscow"); Iterator<country> countryCapitalIter=countryCapitalMap.keySet().iterator();//put debug point at this line while(countryCapitalIter.hasNext()) { Country countryObj=countryCapitalIter.next(); String capital=countryCapitalMap.get(countryObj); System.out.println(countryObj.getName()+"----"+capital); } } }

现在，在第23行设置一个断点，在项目上右击->调试运行(debug as)->java应用(java application)。程序会停在23行，然后在countryCapitalMap上右击，选择"查看"（watch）。将会看到如下的结构：

从上图可以观察到以下几点：

1. 有一个叫做table大小是16的Entry数组。
2. 这个table数组存储了Entry类的对象。HashMap类有一个叫做Entry的内部类。这个Entry类包含了key-value作为实例变量。我们来看下Entry类的结构。Entry类的结构：

   1 2 3 4 5 6 7 8

   static class Entry implements Map.Entry { final K key; V value; Entry next; final int hash; ...//More code goes here }   `

3. 每当往hashmap里面存放key-value对的时候，都会为它们实例化一个Entry对象，这个Entry对象就会存储在前面提到的Entry数组table中。现在你一定很想知道，上面创建的Entry对象将会存放在具体哪个位置（在table中的精确位置）。答案就是，根据key的hashcode()方法计算出来的hash值（来决定）。hash值用来计算key在Entry数组的索引。
4. 现在，如果你看下上图中数组的索引10，它有一个叫做HashMap$Entry的Entry对象。
5. 我们往hashmap放了4个key-value对，但是看上去好像只有2个元素！！！这是因为，如果两个元素有相同的hashcode，它们会被放在同一个索引上。问题出现了，该怎么放呢？原来它是以链表(LinkedList)的形式来存储的(逻辑上)。

   上面的country对象的key-value的hash值是如何计算出来的。

   `

   <code>Japan的Hash值是95，它的长度是奇数。

   India的Hash值是95，它的长度是奇数。

   Russia的Hash值是31，它的长度是偶数。

   France，它的长度是偶数。

   </code>
   

   `

   下图会清晰的从概念上解释下链表。

   

   所以，现在假如你已经很好地了解了hashmap的结构，让我们看下put和get方法。

   Put :

   让我们看下put方法的实现：

   9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33

   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) {判断是否已经存在这个key 如果存在就替换 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; } } 否则加入到尾部 modCount++; addEntry(hash, key, value, i); return null; }

   现在我们一步一步来看下上面的代码。

6. 对key做null检查。如果key是null，会被存储到table[0]，因为null的hash值总是0。
7. key的hashcode()方法会被调用，然后计算hash值。hash值用来找到存储Entry对象的数组的索引。有时候hash函数可能写的很不好，所以JDK的设计者添加了另一个叫做hash()的方法，它接收刚才计算的hash值作为参数。如果你想了解更多关于hash()函数的东西，可以参考：hashmap中的hash和indexFor方法
8. indexFor(hash,table.length)用来计算在table数组中存储Entry对象的精确的索引。
9. 在我们的例子中已经看到，如果两个key有相同的hash值(也叫冲突)，他们会以链表的形式来存储。所以，这里我们就迭代链表。

• 如果在刚才计算出来的索引位置没有元素，直接把Entry对象放在那个索引上。
• 如果索引上有元素，然后会进行迭代，一直到Entry->next是null。当前的Entry对象变成链表的下一个节点。
• 如果我们再次放入同样的key会怎样呢？逻辑上，它应该替换老的value。事实上，它确实是这么做的。在迭代的过程中，会调用equals()方法来检查key的相等性(key.equals(k))，如果这个方法返回true，它就会用当前Entry的value来替换之前的value。

  Get:

  现在我们来看下get方法的实现：

  7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29

  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; 个人感觉用equals就够了 不知道为什么判断这么复杂 if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) return e.value; } return null; }

  当你理解了hashmap的put的工作原理，理解get的工作原理就非常简单了。当你传递一个key从hashmap总获取value的时候：

1. 对key进行null检查。如果key是null，table[0]这个位置的元素将被返回。
2. key的hashcode()方法被调用，然后计算hash值。
3. indexFor(hash,table.length)用来计算要获取的Entry对象在table数组中的精确的位置，使用刚才计算的hash值。
4. 在获取了table数组的索引之后，会迭代链表，调用equals()方法检查key的相等性，如果equals()方法返回true，get方法返回Entry对象的value，否则，返回null。

   要牢记以下关键点：

• HashMap有一个叫做Entry的内部类，它用来存储key-value对。
• 上面的Entry对象是存储在一个叫做table的Entry数组中。
• table的索引在逻辑上叫做"桶"(bucket)，它存储了链表的第一个元素。
• key的hashcode()方法用来找到Entry对象所在的桶。
• 如果两个key有相同的hash值，他们会被放在table数组的同一个桶里面。
• key的equals()方法用来确保key的唯一性。
• value对象的equals()和hashcode()方法根本一点用也没有。