java HashMap内部实现原理详解

2024-12-04 19:58:07

详解HashMap内部实现原理

内部数据结构

static class Entry<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
    final K key;
    V value;
    Entry<K,V> next;
    int hash;

从上面的数据结构定义可以看出，HashMap存元素的是一组键值对的链表，以什么形式存储呢

transient Entry<K,V>[] table = (Entry<K,V>[]) EMPTY_TABLE;

可以看出，是以数组形式储存，好的，现在我们知道，HashMap是以数组形式存储，每个数组里面是一个键值对，这个键值对还可以链接到下个键值对。如下图所示:

hashmap的添加

public V put(K key, V value) {
    if (table == EMPTY_TABLE) {
      inflateTable(threshold);
    }
    if (key == null)
      return putForNullKey(value);
    int hash = hash(key);
    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;
  }

这里可以看出，hashmap的添加，首先根据一个entry的hash属性去查找相应的table元素i，然后看这个位置是否有元素存在，如果没有，直接放入，如果有，遍历此次链表，加到表尾

删除

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;
  }

删除的话，还是先根据hash在table数组中查找，然后再根据equals在链表中进行查找，这个也是为什么hashmap和hashset等以hash方式进行存储的数据结构要求实现两个方法hashcode和equalsd的原因

学过hash的人都知道，hash表的性能和hash冲突的发生次数有很大关系，但有不能申请过长的table表浪费空间，所以这里有了我们的resize函数

扩容机制

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];
    transfer(newTable, initHashSeedAsNeeded(newCapacity));
    table = newTable;
    threshold = (int)Math.min(newCapacity * loadFactor, MAXIMUM_CAPACITY + 1);
  }

这个方法会在put的时候调用,上面put的时候先调用 addEntry(hash, key, value, i);方法，然后看addEntry方法

void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
    if ((size >= threshold) && (null != table[bucketIndex])) {
      resize(2 * table.length);
      hash = (null != key) ? hash(key) : 0;
      bucketIndex = indexFor(hash, table.length);
    }

    createEntry(hash, key, value, bucketIndex);
  }

上面可以看出那么 HashMap 当 HashMap 中的元素个数超过数组大小 *loadFactor 时，就会进行数组扩容，loadFactor 的默认值为 0.75，这是一个折中的取值。也就是说，默认情况下，数组大小为 16，那么当 HashMap 中元素个数超过 16*0.75=12 的时候，就把数组的大小扩展为 2*16=32，即扩大一倍，然后重新计算每个元素在数组中的位置，而这是一个非常消耗性能的操作，所以如果我们已经预知 HashMap 中元素的个数，那么预设元素的个数能够有效的提高 HashMap 的性能。

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