容器--HashMap

一、前言

看了下上一篇博客已经是半个月前，将近20天前了，很惭愧没有坚持下来，这期间主要是受奥运会和王宝强事件的影响，另外加上HashMap中关于rehash的实现比较不好理解，所以就一拖再拖。如果能坚持，也许容器这一部分已经写完了。

不管怎么样，奥运总算是结束了，到年底来说，也没有太多可以关注的内容了，坚持下来，做总比不做好。

回到正题，本文要分析的是Map中的经典实现，HashMap. 顾名思义是通过Hash来查找和存储元素的Map, 这种Map定位方便，支持自动扩容，是一种效率比较高的非线程安全的Map。下面做详细的介绍。

二、存储介绍

HashMap的存储相对于之前我们介绍的List要复杂一些，它使用了数组和链表相结合的方式，一个示例结构如下：

上图大致描述了HashMap的存储结构，即其内部首先是通过对key进行hash, 根据其hash值映射到内部的数组中的某一个位置，但考虑到hash冲突的可能性，所以对于相同hash值而key不同的元素，再通过一个链表进行存储。

也就是说，实际上这个数组中存储的是链表的头元素，每个节点都是一个Entry类型的对象，其包括了hash值，key, value及指向下一个节点的指针。

三、实现分析

根据上一节的介绍，对于map来说，需要实现一些常用而重要的功能，如put,get,delete,search等，本节就来分析一下对于这些功能, hashMap是怎么实现的。

3.1 添加节点， put.

根据map的特点，其key是惟一的，而且允许key为null, 所以，在向map中添加一个元素，需要考虑这样几个问题。

1）key==null的情况下，其hash值如何计算？

如果key==null，这种情况下，直接将key映射到下标为0的位置

2）key已经存在的情况下，如何处理？

将key的value设置为当前值，原来的值直接返回。

3）以什么样的机制扩容？

HashMap内部有一个叫threshold的值，这个值被称之为阈值，初始时，是容量*负载因子，如果当前的map中的元素个数达到这个阈值，且当前映射的位置已经有元素的话，则会对内部的table进行扩容，将其扩大一倍，并对原来的元素重新映射。

这样做是很有必要的，否则当map中的元素过多的话，就容易造成大量的key映射之后的值是同一个下标，这样就影响了hash的存取效率。

4）如何查找key是否存在

如果key为null的话，直接定位到数组中下标为0的位置，否则要先计算hash值，计算完了之后再根据hash值映射到对应的下标。

找到下标后，要看该下标中如果没有链表，则创建一个，如果有的话，则需要依次遍历链表，比较节点的key是否和当前的key相同，比较的逻辑如下：

        int hash = hash(key);
        int i = indexFor(hash, table.length);//table中的位置
        for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) {
            Object k;

            //entry相同的条件 , hash相同 , key的引用相同,或者equals()
            if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {
                V oldValue = e.value;
                e.value = value;
                e.recordAccess(this);
                return oldValue;
            }
        }

可以看到，首先要保证hash值一样，再判断key是否相同或equals

如果没有找到匹配的确实需要添加的话，HashMap采用了个非常巧妙的方式，将元素添加到链表中的头节点，这样省去了遍历。

3.2 查找

查找的逻辑其实和添加时对key的查找是类似的，没有找到的话，直接返回null.

　　HashMap中对于containsValue的实现比较简单，直接遍历数组的每个下标，再遍历每个下标中的节点，这是一个双重循环，效率相对比较低下，所以这个方法一般情况下不要使用。

3.3 删除

删除的查找过程和前面类似，找到后的删除逻辑如下：

final Entry<K,V> removeEntryForKey(Object key) {
        if (size == 0) {
            return null;
        }
        int hash = (key == null) ? 0 : hash(key);
        int i = indexFor(hash, table.length);
        Entry<K,V> prev = table[i];
        Entry<K,V> e = prev;

        while (e != null) {
            Entry<K,V> next = e.next;
            Object k;
            if (e.hash == hash &&
                    ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) {
                modCount++;
                size--;
                if (prev == e)
                    table[i] = next;
                else
                    prev.next = next;
                e.recordRemoval(this);
                return e;
            }
            prev = e;
            e = next;
        }

        return e;
    }

这里主要是对于链表的修改，如果是头节点则指向下一个，否则指向头节点。

3.4  遍历

常见的是获取keySet()以及entrySet()，当然也可以获取值集合values(), 这在内部是通过迭代器来实现的。

如果我们要遍历整个map, 最理想的方式是获取entrySet()，这样直接取其key和value即可，而不是获取keySet。

四、总结

理解了HashMap的存储结构之后，那么对于其各种操作的实现也就不难理解了，hashMap中，如何生成hash值，以及是否需要rehash，这一部分是不太好理解的，个人也没理解得太透彻，所以本文没做介绍，有时间的话再做研究。