10分钟拿下 HashMap「建议收藏」

大家好，又见面了，我是你们的朋友全栈君。

道阻且长，行则将至。请相信我，你一定会更优秀！

备注：本文 jdk版本为 1.7，主要是为了帮助小白入门的，大佬请绕道。入门后自己去推敲高版本的jdk源代码。

1、什么是 HashMap，什么时候选择 HashMap？

2、HashMap 数据结构及其工作原理？

2.1 数据结构

2.2 工作原理

3、HashMap和HashTable 的异同？

4、如何优化 HashMap？

1、什么是 HashMap，什么时候选择 HashMap？

说到容器，你肯定会想到 Java中对象存储容器还有ArrayList，LinkedList，HashSet等，HashMap 相对这些容器来说，可以理解为多了一层指向关系，可以用指定Key找到指定Value。

打个比方：

现在有一个Java Bean 用于存储职员的信息，字段包括（职员姓名，职员年龄，职员身高，职员体重，职员教育程度 … 等等），我是一名人力资源管理，我需要将员工信息整理好发给老板。

图示：

★ 问题：

这个时候你必须要想到，如果两个人名字一样可咋办，查到的到底是谁的信息呢？前者信息会被覆盖吗？带着问题来学习一下HashMap数据结构及其工作原理。

2、HashMap 数据结构及其工作原理？

2.1 数据结构

HashMap 数据结构为数组链表，其中：链表的节点存储的是一个 Entry 对象，每个Entry 对象存储四个属性（hash，key，value，next）

一张图带你看懂：

三句话，说清它的数据结构：

整体是一个数组；
数组每个位置是一个链表；
链表每个节点中的Value即我们存储的Object；

2.2 工作原理

首先，初始化 HashMap，提供了有参构造和无参构造，无参构造中，容器默认的数组大小 initialCapacity 为 16，加载因子loadFactor 为0.75。容器的阈(yu)值为 initialCapacity * loadFactor，默认情况下阈值为 16 * 0.75 = 12; 后面会讲到阈值有啥用。

然后，这里我们拿 PUT 方法来做研究：

第一步：通过 HashMap 自己提供的hash 算法算出当前 key 的hash 值

第二步：通过计算出的hash 值去调用 indexFor 方法计算当前对象应该存储在数组的几号位置

第三步：判断size 是否已经达到了当前阈值，如果没有，继续；如果已经达到阈值，则先进行数组扩容，将数组长度扩容为原来的2倍。

> 请注意：size 是当前容器中已有 Entry 的数量，不是数组长度。

第四步：将当前对应的 hash，key，value封装成一个 Entry，去数组中查找当前位置有没有元素，如果没有，放在这个位置上；如果此位置上已经存在链表，那么遍历链表，如果链表上某个节点的 key 与当前key 进行 equals 比较后结果为 true，则把原来节点上的value 返回，将当前新的 value替换掉原来的value，如果遍历完链表，没有找到key 与当前 key equals为 true的，就把刚才封装的新的 Entry中next 指向当前链表的始节点，也就是说当前节点现在在链表的第一个位置，简单来说即，先来的往后退。

OK！现在，我们已经将当前的 key-value 存储到了容器中。

为什么我选择聊 PUT 方法？

因为 PUT 是操作HashMap的最基础操作，了解了 PUT 的机制后，再去看 API其他方法源码的时候你会有所眉目，你可以带着这种初知去探究 HashMap 的其他方法，你一定会豁然开朗。

扩容机制：

HashMap 使用 “懒扩容” ，只会在 PUT 的时候才进行判断，然后进行扩容。

将数组长度扩容为原来的2 倍
将原来数组中的元素进行重新放到新数组中

需要注意的是，每次扩容之后，都要重新计算原来的 Entry 在新数组中的位置，为什么数组扩容了，Entry 在数组中的位置发生变化了呢？所以我们会想到计算位置的 indexFor 方法，为什么呢，我摘出了该方法的源码如下：

代码语言：javascript复制

 static int indexFor(int h, int length) { // h 为key 的 hash值；length 是数组长度
        return h & (length-1);  
 }

由源码得知，元素所在位置是和数组长度是有关系的，既然扩容后数组长度发生了变化，那么元素位置肯定是要发生变化了。HashMap 计算元素位置采用的是 &运算，不了解此运算的我在这里给个简单的例子：

高能：为什么 HashMap使用这种方式计算在数组中位置呢？

按照我们的潜意识，取模就可以了。hashMap 用与运算主要是提升计算性能。这又带来一个新问题，为什么与运算要用 length -1 呢，回看 hashmap初始化的时候，数组长度 length必须是2的整次幂（如果手动传参数组长度为奇数n，hashMap会自动转换长度为距离n最近的2的整次幂数），只有这样， h & (length-1) 的值才会和 h % length 计算的结果是一样的。这就是它的原因所在。另外，当length是2的整次幂的时候，length-1的结果都是低位全部是1，为后面的扩容做了很好的准备，这里先不扯这个，先理解一下这个意思。

我们来写个单元测试验证下：

代码语言：javascript复制

public static void main(String[] args) {
	
	/**
	 * 定义数组长度为2的整次幂，2^4
	 */
	int	length  = 16; 
	
	/**
	 * 定义key，并计算k的hash值
	 */
	String k = "China";
	int h = k.hashCode();
	
	/**
	 * 分别使用两种方式计算在数组中的位置
	 */
	int index1 = h % length;
	int index2 = h & (length - 1);
	
	/**
	 * 验证结果
	 */
	System.out.println(index1 == index2);
	
        /**
         * 结果为 true
         */
}

代码语言：javascript复制

public static void main(String[] args) {
	
	/**
	 * 假设数组长度不是2的整次幂，2^4-1
	 */
	int	length  = 15; 
	
	/**
	 * 定义key，并计算k的hash值
	 */
	String k = "China";
	int h = k.hashCode();
	
	/**
	 * 分别使用两种方式计算在数组中的位置
	 */
	int index1 = h % length;
	int index2 = h & (length - 1);
	
	/**
	 * 验证结果
	 */
	System.out.println(index1 == index2);
	
	/**
	 * 打印结果：false
	 */
	
}

带大家复习一下与运算，一个可视化的计算过程，让你以后对每种二进制运算符都一清二楚。

计算 8 & 6 = 0的过程如下：

代码语言：javascript复制

    1 0 0 0    // 8的二进制数
&   0 1 1 0    // 6的二进制数
___________    // 运算规则：该位置上有一个是0 结果就是0
    0 0 0 0    // 二进制数计算结果

还记得我们(1)中提到的问题了吗？知道答案了吗？

答：HashMap 中equals 相同的两个key，容器中只会保留后进来的key 的value。进入问题中即：我先存储了 Lucy的信息，后来又有一个 Lucy，这个时候再存储 Lucy，容器中保留的是第二个 Lucy 的信息，这种情况，我们可以考虑使用 List<T> 作为 value，把相同名字的职员信息存在 list 中；或者给相同名字的职员编号，使得每个key 都是唯一的。

3、HashMap和HashTable 的异同？

二者的存储结构和解决冲突的方法都是相同的。
HashTable在不指定容量的情况下的默认容量为11，而HashMap为16，Hashtable不要求底层数组的容量一定要为2的整数次幂，而HashMap则要求一定为2的整数次幂。
HashTable 中 key和 value都不允许为 null，而HashMap中key和value都允许为 null（key只能有一个为null，而value则可以有多个为 null）。但是如果在 Hashtable中有类似 put( null, null)的操作，编译同样可以通过，因为 key和 value都是Object类型，但运行时会抛出 NullPointerException异常。
Hashtable扩容时，将容量变为原来的2倍 1，而HashMap扩容时，将容量变为原来的2倍。
Hashtable计算hash值，直接用key的hashCode()，而HashMap重新计算了key的hash值，Hashtable在计算hash值对应的位置索引时，用 %运算，而 HashMap在求位置索引时，则用 &运算。

4、如何优化 HashMap？

初始化 HashMap 的时候，我们可以自定义数组容量及加载因子的大小。所以，优化 HashMap 从这两个属性入手，但是，如果你不能准确的判别你的业务所需的大小，请使用默认值，否则，一旦手动配置的不合适，效果将适得其反。

threshold = (int)( capacity * loadFactor );

阈值 = 容量 X 负载因子；

初始容量默认为16,负载因子(loadFactor)默认是0.75; map扩容后，要重新计算阈值；当元素个数大于新的阈值时，map再自动扩容；以默认值为例，阈值=16*0.75=12，当元素个数大于12时就要扩容；那剩下的4个数组位置还没有放置对象就要扩容，造成空间浪费，所以要进行时间和空间的折中考虑；

loadFactor过大时，map内的数组使用率高了，内部极有可能形成Entry链，影响查找速度；

loadFactor过小时，map内的数组使用率较低，不过内部不会生成Entry链，或者生成的Entry链很短，由此提高了查找速度，不过会占用更多的内存；所以可以根据实际硬件环境和程序的运行状态来调节loadFactor；

所以，务必合理的初始化 HashMap

努力改变自己和身边人的生活。

发布者：全栈程序员栈长，转载请注明出处：https://javaforall.cn/125157.html原文链接：https://javaforall.cn

编程算法容器数据结构 hashmap 对象存储

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