Java 之 HashMap 集合

一、HashMap 概述

　　java.util.HashMap<k,v> 集合 implements Map<k,v> 接口

　　HashMap 集合的特点：

　　　　1、HashMap 集合底层是哈希表：查询速度特别的快

　　　　　　JDK 1.8 之前：数组+单向链表

　　　　　　JDK 1.8 之后：数组+单向链表 | 红黑树（链表的长度超过8）：提高查询的速度

　　　　2、HashMap 集合是一个无序的集合，存储元素和取出元素的顺序有可能不一致

二、HashMap 存储自定义类型键值

　　HashMap存储自定义类型键值

　　Map集合保证key是唯一的：作为key的元素,必须重写hashCode方法和equals方法,以保证key唯一

三、遍历集合

　　　　参考 Map 集合的遍历方式：Map 遍历

四、Hashmap 源码分析

　　1、hashCode 值

　　　　hash算法是一种可以从任何数据中提取出其“指纹”的数据摘要算法，它将任意大小的数据映射到一个固定大小的序列上，这个序列被称为hash code、数据摘要或者指纹。比较出名的hash算法有MD5、SHA。hash是具有唯一性且不可逆的，唯一性是指相同的“对象”产生的hash code永远是一样的。

　　　

　　2、Entry 数组

　　　　HashMap和Hashtable是散列表，其中维护了一个长度为2的幂次方的Entry类型的数组table，数组的每一个元素被称为一个桶(bucket)，你添加的映射关系(key,value)最终都被封装为一个Map.Entry类型的对象，放到了某个table[index]桶中。

　　　　使用数组的目的是查询和添加的效率高，可以根据索引直接定位到某个table[index]。

　　　　（1）数组元素类型： Map.Entry

　　　　（2）初始容量：16

　　　　（3）扩容为原来的2倍

　　　　（4）那么 HashMap 是如何决定某个映射关系存在哪个桶的呢？

　　　　　　因为hash code是一个整数，而数组的长度也是一个整数，有两种思路：

　　　　　　①hash code值 % table.length会得到一个[0,table.length-1]范围的值，正好是下标范围，但是用%运算，不能保证均匀存放，可能会导致某些table[index]桶中的元素太多，而另一些太少，因此不合适。

　　　　　　②hash code值 & (table.length-1)，因为table.length是2的幂次方，因此table.length-1是一个二进制低位全是1的数，所以&操作完，也会得到一个[0,table.length-1]范围的值。

　　　　　　

　　3、HashMap 中的散列函数 hash()

　　　　JDK1.7和JDK1.8关于hash()的实现代码不一样，但是不管怎么样都是为了提高hash code值与 (table.length-1)的按位与完的结果，尽量的均匀分布。

　　　

　　　这里用 JDK1.8 的实例分析一下：

　　　　

　　　　思考：那么，JDK1.8为什么要保留高16位呢？

　　　　 因为一个HashMap的table数组一般不会特别大，至少在不断扩容之前，那么table.length-1的大部分高位都是0，直接用hashCode和table.length-1进行&运算的话，就会导致总是只有最低的几位是有效的，那么就算你的hashCode()实现的再好也难以避免发生碰撞，这时保留高16位的意义就体现出来了。它对hashcode的低位添加了随机性并且混合了高位的部分特征，显著减少了碰撞冲突的发生。

　　4、如何解决冲突？

　　　　虽然从设计hashCode()到上面HashMap的hash()函数，都尽量减少冲突，但是仍然存在两个不同的对象返回的hashCode值相同，或者hashCode值就算不同，通过hash()函数计算后，得到的index也会存在大量的相同，因此key分布完全均匀的情况是不存在的。那么发生碰撞冲突时怎么办？

　　　　JDK1.8之间使用：数组+链表的结构。

　　　　JDK1.8之后使用：数组+链表/红黑树的结构。

　　　　

　　5、JDK1.7里HashMap 中几个常量与变量是什么？

　　　　（1）默认数组容量

                 

　　　　（2）默认加载因子

　　　　　

　　　　　思考： loadFactor 设置为 0.1 与 0.9 有什么区别？

　　　　　　　　当 loadFactor 为 0.1 时，扩容太频繁

　　　　　　　　当 loadFactor 为 0.9时，会导致 table[index] 下面的链表会很长，查询速度会降低。

　　　　（3）加载因子

　　　　　

　　　　（4）阈值（临界值）

　　　　　

　　6、JDK 1.6 中HashMap 的构造方法是怎么样的？

　　　　　图1

                 

　　　　图2

　　　　

　　　　可以看出 JDK1.6 中 table 数组初始化为了一个长度为 16 的空数组，默认加载因子为0.75，阈值为12。

　　6、JDK 1.7 中的 HashMap 的构造方法是怎么样的？

　　　　　图1

　　　　

　　　　    图2

图3

　　　　可以从无参构造中看出，调用了有参的构造，但是有参的构造方法中并没有做什么，但是从上面的图三可以看出 table 数组初始化为了一个长度为0的长度为0的数组。

　　7、JDK 1.8 中的 HashMap 的构造方法

　　8、JDK 1.7 中的 put 方法

　　　源码分析：

　　执行步骤：

　　　　（1）先判断table是否为空数组，如果是，先初始化长度为16的Entry 类型的数组，并且把threshold计算为12；

　　　　　　 这里如果你手动指定了数组的capacity，那么如果这个capacity不是2的n次方，会自动纠正为2的n次方；

　　　　（2）如果key是null，特殊对待，key为null的映射关系的hash值为0,index也为0；

　　　　（3）key 不是 null，那么先计算hash(key)获得 hash 值

　　　　（4）再通过处理过的hash值&(table.length-1)计算index，决定是在table[index]，index在[0,table.length-1]范围内；

　　　　（5）判断table[index]桶下是否存在某个Entry的key与新的key的“相同”（hash值相同并且(满足key的地址相同或key的equals返回true)），如果是，用新的value替换原来的value；

　　　　（6）如果不存在，判断是否满足size达到阈值(threshold)并且table[index]不是null，如果是，先扩容；扩容会导致原来table中的所有元素都会重新计算位置，并调整存储位置；

　　　　（7）添加一个新的Entry对象至table[index]（注意，这个index也是重新计算过的）中，并且把当前table[index]下的所有元素都连接到新的Entry的next下。

　　　　（8）size++，元素个数增加

　　思考：

　　　　1、为什么要把数组的长度纠正为2的n次方？

　　　　　　① 后面算index = hash & table.length-1，这样才能保证[0,table.length-1]范围内

　　　　　　② 2的次方，根据它的散列算法，可以保证比较均匀的分散在它的数组的各个位置

　　　　2、扩容的条件是什么？

　　　　　　① size达到阈值threshold

　　　　　　② table[index]下面已经有映射关系，即不为空

　　9、JDK 1.8 中常量与变量

　　　　（1）DEFAULT_INITIAL_CAPACITY：默认的初始容量 16

　　　　（2）MAXIMUM_CAPACITY：最大容量  1 << 30

　　　　（3）static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75：默认加载因子 0.75

　　　　（4）static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8; 默认树化阈值8，该阈值的作用是判断是否需要树化，树化的目的是为了提高查询效率；当某个链表的结点个数达到这个值时，可能会导致树化

　　　　（5）static final int MIN_TREEIFY_CAPACITY = 64;最小树化容量64，当某个链表的结点个数达到8时，还要检查table的长度是否达到64，如果没有达到，先扩容解决冲突问题

　　　　（6）static final int UNTREEIFY_THRESHOLD = 6;默认反树化阈值6，当删除了结点时，如果某棵红黑树的结点个数已经低于该值时，会把树重新变成链表，目的是减少复杂度

　　　　（7）Node<K,V>[] table：数组

　　　　（8）int size：记录有效映射关系的对数，也是Entry对象的个数

　　　　（9）int threshold：阈值，当size达到阈值时，考虑扩容

　　　　（10）double loadFactor：加载因子，影响扩容的频率

　　10、JDK 1.8 的 put 方法

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