Java集合：HashMap

Hashmap是一个存储key-value的映射表。

优点：

• 索引数据快，查找一个数据对的时间复杂度是O(1)
• 增加、删除一个数据的时间复杂度是O(1)
• key不能重复，可以存储一个null值

存储：

• 通过key的hashcode值存储在指定数组下标中
• 用链表存储hashcode值一样，都是key不一样的数据，链表长度大于8时转换为红黑树（为了提高查询效率）

HashMap的内部结构

Hashmap封装了一个Node数组进行存储key-value的键值对，常用的get和put等都是对这个Node数组进行操作。

Node有四个属性：key、value、hash、next

• hash：32位的整数，通过key的hashcode计算出来，hash&(数组长度-1) = 元素在数组的下标
• next：指向Node节点的指针，不同的key计算出来的hash值可能是一样的，如果要存储的下标位置已经有值了，用链表将元素连起来

初始化HashMap：一开始HashMap内部是一个空的Node数组，插入数据后才会被创建

HashMap的常用操作

HashMap一开始的Node数组是空的，在第一次put元素后会默认创建一个长度为n = 16的数组

put一个key-value元素进入map中

计算key的hashcode值算出hash，得出index=hash&(长度-1)，将元素存在数组[index]的位置。

有两种情况：

• index这个位置已经有key了，比如当数组的长度是16时，33&(16-1) = 1. ,  1 & (16 - 1) = 1 ; key值不同，但是index一样。

  这里就用到了Node的next属性，让数组index下标所在的（最后一个）元素的next指向插入的元素，

• 可以直接将元素存入数组中

通过key从map中get一个元素

计算key的hashcode值算出hash，得出index=hash&(长度-1)

有两种情况：

• 如果数组[index]的值为null，就说明不存在这个元素
• 不为null，还得比较key值，通过遍历链表（如果有的话），一个个比较key值，返回key相同的元素，或null

HashMap的优化操作

• 数组长度n永远是2的幂：hash&(n-1)是元素在数组的下标，（2的幂-1）的二进制会是一连串的1，然后与hash值进行与运算
  • 与运算之后的结果永远不会超过数组的界限
  • 充分的利用了hash值二进制
• 负载因子：hashmap设置了一个0.75的阈值，也就是数组中的元素数量大于数组长度的0.75时，进行数组扩容，扩展成原来的两倍
  • 当数组长度不够时，会出现很多的hash冲突，就是链表很长，检索效率慢，扩容后通过hash&(n-1)会让很长的链表散开
• 链表转换成红黑树：链表长度大于8，但是数组元素数量没达到阈值，会选择将链表转换为红黑树，提高查询效率
  • 要求数组长度已经大于64，避免数组扩容和链表转红黑树的冲突
• hash值的计算：hash值的前16位与key的hashcode一样，后16位由hashcode的前16位与后16位异或运算得到
  • 充分利用hashcode的值，增加随机性，减少hash冲突