復制 創建 大於 bean ssa 方式 代碼 href 什麽是

HashMap也是我們使用非常多的Collection，它是基於哈希表的 Map 接口的實現，以key-value的形式存在。在HashMap中，key-value總是會當做一個整體來處理，系統會根據hash算法來來計算key-value的存儲位置，我們總是可以通過key快速地存、取value。下面就來分析HashMap的存取。

一、定義

HashMap實現了Map接口，繼承AbstractMap。其中Map接口定義了鍵映射到值的規則，而AbstractMap類提供 Map 接口的骨幹實現，以最大限度地減少實現此接口所需的工作，其實AbstractMap類已經實現了Map，這裏標註Map LZ覺得應該是更加清晰吧！

public class HashMap<K,V>
    extends AbstractMap<K,V>
    implements Map<K,V>, Cloneable, Serializable

二、構造函數

HashMap提供了三個構造函數：

HashMap()：構造一個具有默認初始容量 (16) 和默認加載因子 (0.75) 的空 HashMap。

HashMap(int initialCapacity)：構造一個帶指定初始容量和默認加載因子 (0.75) 的空 HashMap。

HashMap(int initialCapacity, float loadFactor)：構造一個帶指定初始容量和加載因子的空 HashMap。

在這裏提到了兩個參數：初始容量，加載因子。這兩個參數是影響HashMap性能的重要參數，其中容量表示哈希表中桶的數量，初始容量是創建哈希表時的容量，加載因子是哈希表在其容量自動增加之前可以達到多滿的一種尺度，它衡量的是一個散列表的空間的使用程度，負載因子越大表示散列表的裝填程度越高，反之愈小。對於使用鏈表法的散列表來說，查找一個元素的平均時間是O(1+a)，因此如果負載因子越大，對空間的利用更充分，然而後果是查找效率的降低；如果負載因子太小，那麽散列表的數據將過於稀疏，對空間造成嚴重浪費。系統默認負載因子為0.75，一般情況下我們是無需修改的。

HashMap是一種支持快速存取的數據結構，要了解它的性能必須要了解它的數據結構。

三、數據結構

我們知道在Java中最常用的兩種結構是數組和模擬指針(引用)，幾乎所有的數據結構都可以利用這兩種來組合實現，HashMap也是如此。實際上HashMap是一個“鏈表散列”，如下是它數據結構：

對上圖的自我見解(大師兄寫的哦)：

1.這裏面有個Hash沖突的概念：就像上面的一個數組的位置上出現了一條鏈，即一個鏈表的出現，這就是所謂的hash沖突，解決hash沖突，就是讓鏈表的長度變短，或者幹脆就是不產生鏈表，一個好的hash算法應該是讓數據很好的散列到數組的各個位置，即一個位置存一個數據就是最好的散列，下面說的鏈地址法，說的就是在hashmap裏面沖突的時候，一個節點可以存多個數據。

2.還有個桶：bucket，就是上面的數組的每一個成員，數組的每個位置就叫一個桶。對應前面的單詞。

從上圖我們可以看出HashMap底層實現還是數組，只是數組的每一項都是一條鏈。其中參數initialCapacity就代表了該數組的長度。下面為HashMap構造函數的源碼：

public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {
        //初始容量不能<0
        if (initialCapacity < 0)
            throw new IllegalArgumentException("Illegal initial capacity: "
                    + initialCapacity);
        //初始容量不能 > 最大容量值，HashMap的最大容量值為2^30
        if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY)
            initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY;
        //負載因子不能 < 0
        if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor))
            throw new IllegalArgumentException("Illegal load factor: "
                    + loadFactor);

        // 計算出大於 initialCapacity 的最小的 2 的 n 次方值。
        int capacity = 1;
        while (capacity < initialCapacity)
            capacity <<= 1;
        
        this.loadFactor = loadFactor;
        //設置HashMap的容量極限，當HashMap的容量達到該極限時就會進行擴容操作
        threshold = (int) (capacity * loadFactor);
        //初始化table數組
        table = new Entry[capacity];
        init();
    }

從源碼中可以看出，每次新建一個HashMap時，都會初始化一個table數組。table數組的元素為Entry節點。

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

        /**
         * Creates new entry.
         */
        Entry(int h, K k, V v, Entry<K,V> n) {
            value = v;
            next = n;
            key = k;
            hash = h;
        }
        .......
    }

其中Entry為HashMap的內部類，它包含了鍵key、值value、下一個節點next，以及hash值，這是非常重要的，正是由於Entry才構成了table數組的項為鏈表。

註意：裏面有個屬性next，是個節點類型，根據構造函數傳進來的。他對上面說的那個鏈表的形成很重要。

1. /**
2. * HashMap 添加節點
3. *
4. * @param hash 當前key生成的hashcode
5. * @param key 要添加到 HashMap 的key
6. * @param value 要添加到 HashMap 的value
7. * @param bucketIndex 桶，也就是這個要添加 HashMap 裏的這個數據對應到數組的位置下標
8. */
9. void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
10. //size：The number of key-value mappings contained in this map.
11. //threshold：The next size value at which to resize (capacity * load factor)
12. //數組擴容條件：1.已經存在的key-value mappings的個數大於等於閾值
13. // 2.底層數組的bucketIndex坐標處不等於null
14. if ((size >= threshold) && (null != table[bucketIndex])) {
15. resize(2 * table.length);//擴容之後，數組長度變了
16. hash = (null != key) ? hash(key) : 0;//為什麽要再次計算一下hash值呢？
17. bucketIndex = indexFor(hash, table.length);//擴容之後，數組長度變了，在數組的下標跟數組長度有關，得重算。
18. }
19. createEntry(hash, key, value, bucketIndex);
20. }
22. /**
23. * 這地方就是鏈表出現的地方，有2種情況
24. * 1，原來的桶bucketIndex處是沒值的，那麽就不會有鏈表出來啦
25. * 2，原來這地方有值，那麽根據Entry的構造函數，把新傳進來的key-value mapping放在數組上，原來的就掛在這個新來的next屬性上了
26. */
27. void createEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
28. HashMap.Entry<K, V> e = table[bucketIndex];
29. table[bucketIndex] = new HashMap.Entry<>(hash, key, value, e);
30. size++;
31. }

上面簡單分析了HashMap的數據結構，下面將探討HashMap是如何實現快速存取的。

四、存儲實現：put(key,vlaue)

首先我們先看源碼

public V put(K key, V value) {
        //當key為null，調用putForNullKey方法，保存null與table第一個位置中，這是HashMap允許為null的原因
        if (key == null)
            return putForNullKey(value);
        //計算key的hash值
        int hash = hash(key.hashCode());                  ------(1)
        //計算key hash 值在 table 數組中的位置
        int i = indexFor(hash, table.length);             ------(2)
        //從i出開始叠代 e,找到 key 保存的位置
        for (Entry<K, V> e = table[i]; e != null; e = e.next) {
            Object k;
            //判斷該條鏈上是否有hash值相同的(key相同)
            //若存在相同，則直接覆蓋value，返回舊value
            if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {
                V oldValue = e.value;    //舊值 = 新值
                e.value = value;
                e.recordAccess(this);
                return oldValue;     //返回舊值
            }
        }
        //修改次數增加1
        modCount++;
        //將key、value添加至i位置處
        addEntry(hash, key, value, i);
        return null;
    }

通過源碼我們可以清晰看到HashMap保存數據的過程為：首先判斷key是否為null，若為null，則直接調用putForNullKey方法。若不為空則先計算key的hash值，然後根據hash值搜索在table數組中的索引位置，如果table數組在該位置處有元素，則通過比較是否存在相同的key，若存在則覆蓋原來key的value，否則將該元素保存在鏈頭（最先保存的元素放在鏈尾）。若table在該處沒有元素，則直接保存。這個過程看似比較簡單，其實深有內幕。有如下幾點：

1、 先看叠代處。此處叠代原因就是為了防止存在相同的key值，若發現兩個hash值（key）相同時，HashMap的處理方式是用新value替換舊value，這裏並沒有處理key，這就解釋了HashMap中沒有兩個相同的key。

2、 在看（1）、（2）處。這裏是HashMap的精華所在。首先是hash方法，該方法為一個純粹的數學計算，就是計算h的hash值。

static int hash(int h) {
        h ^= (h >>> 20) ^ (h >>> 12);
        return h ^ (h >>> 7) ^ (h >>> 4);
    }

我們知道對於HashMap的table而言，數據分布需要均勻（最好每項都只有一個元素，這樣就可以直接找到），不能太緊也不能太松，太緊會導致查詢速度慢，太松則浪費空間。計算hash值後，怎麽才能保證table元素分布均與呢？我們會想到取模，但是由於取模的消耗較大，HashMap是這樣處理的：調用indexFor方法。

static int indexFor(int h, int length) {
        return h & (length-1);
    }

HashMap的底層數組長度總是2的n次方，在構造函數中存在：capacity <<= 1;這樣做總是能夠保證HashMap的底層數組長度為2的n次方。當length為2的n次方時，h&(length - 1)就相當於對length取模，而且速度比直接取模快得多，這是HashMap在速度上的一個優化。至於為什麽是2的n次方下面解釋。

我們回到indexFor方法，該方法僅有一條語句：h&(length - 1)，這句話除了上面的取模運算外還有一個非常重要的責任：均勻分布table數據和充分利用空間。

這裏我們假設length為16(2^n)和15，h為5、6、7。

(這裏的h表示的根據key算的hash值，這個indexFor方法是要在數組上給當前數據找個落腳點，好存放當前數據。)

當length=15時，6和7的結果一樣，這樣表示他們在table存儲的位置是相同的，也就是產生了碰撞，6、7就會在一個位置形成鏈表，這樣就會導致查詢速度降低。誠然這裏只分析三個數字不是很多，那麽我們就看0-15。

從上面的圖表中我們看到總共發生了8次碰撞，同時發現浪費的空間非常大，有1、3、5、7、9、11、13、15處沒有記錄，也就是沒有存放數據。這是因為他們在與14進行&運算時，得到的結果最後一位永遠都是0，即0001、0011、0101、0111、1001、1011、1101、1111位置處是不可能存儲數據的，空間減少，進一步增加碰撞幾率，這樣就會導致查詢速度慢。而當length = 16時，length – 1 = 15 即1111，那麽進行低位&運算時，值總是與原來hash值相同，而進行高位運算時，其值等於其低位值。

所以說當length = 2^n時，不同的hash值發生碰撞的概率比較小，這樣就會使得數據在table數組中分布較均勻，查詢速度也較快。

這裏我們再來復習put的流程：當我們想一個HashMap中添加一對key-value時，系統首先會計算key的hash值，然後根據hash值確認在table中存儲的位置。若該位置沒有元素，則直接插入。否則叠代該處元素鏈表並依此比較其key的hash值。如果兩個hash值相等且key值相等(e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))),則用新的Entry的value覆蓋原來節點的value。如果兩個hash值相等但key值不等 ，則將該節點插入該鏈表的鏈頭。具體的實現過程見addEntry方法，如下：

void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
        //獲取bucketIndex處的Entry
        Entry<K, V> e = table[bucketIndex];
        //將新創建的 Entry 放入 bucketIndex 索引處，並讓新的 Entry 指向原來的 Entry 
        table[bucketIndex] = new Entry<K, V>(hash, key, value, e);
        //若HashMap中元素的個數超過極限了，則容量擴大兩倍
        if (size++ >= threshold)
            resize(2 * table.length);
    }

這個方法中有兩點需要註意：

一是鏈的產生。這是一個非常優雅的設計。系統總是將新的Entry對象添加到桶處即bucketIndex處。如果bucketIndex處已經有了對象(也就是說table[bucketIndex]這個可以取到對象)，那麽新添加的Entry對象將指向原有的Entry對象(這個也好理解，再去看看Entry，這個內部類的一個屬性，next，就是鏈表裏面的指針不是嘛。)，形成一條Entry鏈，但是若bucketIndex處沒有Entry對象，也就是table[bucketIndex],也就是e==null,那麽新添加的Entry對象指向null，也就不會產生Entry鏈了。也就沒有沖突啦，我上面又把這個代碼補充到那個Entry代碼的下面啦。可細看下。

二、擴容問題。

隨著HashMap中元素的數量越來越多，發生碰撞的概率就越來越大，所產生的鏈表長度就會越來越長，這樣勢必會影響HashMap的速度(為啥呢，原來是直接找到數組的index就可以直接根據key取到值了，但是沖突嚴重，也就是說鏈表長，那就得循環鏈表了，時間就浪費在循環鏈表上了，也就慢了)，為了保證HashMap的效率，系統必須要在某個臨界點進行擴容處理。該臨界點在當HashMap中元素的數量等於table數組長度*加載因子。但是擴容是一個非常耗時的過程，因為它需要重新計算這些數據在新table數組中的位置並進行復制處理。所以如果我們已經預知HashMap中元素的個數，那麽預設元素的個數能夠有效的提高HashMap的性能。這個我也在上面鏈表產生的過程中寫了詳細的註釋

五、讀取實現：get(key)

相對於HashMap的存而言，取就顯得比較簡單了。通過key的hash值找到在table數組中的索引處的Entry，然後返回該key對應的value即可。

public V get(Object key) {
        // 若為null，調用getForNullKey方法返回相對應的value
        if (key == null)
            return getForNullKey();
        // 根據該 key 的 hashCode 值計算它的 hash 碼  
        int hash = hash(key.hashCode());
        // 取出 table 數組中指定索引處的值
        for (Entry<K, V> e = table[indexFor(hash, table.length)]; e != null; e = e.next) {
            Object k;
            //若搜索的key與查找的key相同，則返回相對應的value
            if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k)))
                return e.value;
        }
        return null;
    }

在這裏能夠根據key快速的取到value除了和HashMap的數據結構密不可分外，還和Entry有莫大的關系，在前面就提到過，HashMap在存儲過程中並沒有將key，value分開來存儲，而是當做一個整體key-value來處理的，這個整體就是Entry對象。同時value也只相當於key的附屬而已。在存儲的過程中，系統根據key的hashcode來決定Entry在table數組中的存儲位置，在取的過程中同樣根據key的hashcode取出相對應的Entry對象。

轉載自：https://blog.csdn.net/qq_27093465/article/details/52207152

HashMap的數據結構 數據結構中有數組和鏈表來實現對數據的存儲，但這兩者基本上是兩個極端。

• 數組：數組存儲區間是連續的，占用內存嚴重，故空間復雜的很大。但數組的二分查找時間復雜度小，為O(1)；數組的特點是：尋址容易，插入和刪除困難；
• 鏈表：鏈表存儲區間離散，占用內存比較寬松，故空間復雜度很小，但時間復雜度很大，達O（N）。鏈表的特點是：尋址困難，插入和刪除容易。

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哈希表 那麽我們能不能綜合兩者的特性，做出一種尋址容易，插入刪除也容易的數據結構？ 答案是肯定的，這就是我們要提起的哈希表。 哈希表（(Hash table）既滿足了數據的查找方便，同時不占用太多的內容空間，使用也十分方便。 哈希表有多種不同的實現方法，我接下來解釋的是最常用的一種方法—— 拉鏈法，我們可以理解為“鏈表的數組” ，如圖：

從上圖我們可以發現哈希表是由【數組+鏈表】組成的，一個長度為16的數組中，每個元素存儲的是一個鏈表的頭結點。 那麽這些元素是按照什麽樣的規則存儲到數組中呢？ 一般情況是通過【hash(key)%len】獲得，也就是元素的key的哈希值對數組長度取模得到。 比如上述哈希表中，12%16=12,28%16=12,108%16=12,140%16=12。所以12、28、108以及140都存儲在數組下標為12的位置。

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HashMap也可以理解為其存儲數據的容器就是一個【線性數組】。 這可能讓我們很不解，一個線性的數組怎麽實現按鍵值對來存取數據呢？ 這裏HashMap有做一些處理。首先HashMap裏面實現一個靜態內部類Entry，其重要的屬性有 key , value, next。從屬性key,value我們就能很明顯的看出來Entry就是HashMap鍵值對實現的一個基礎bean，我們上面說到HashMap的基礎就是一個線性數組，這個數組就是Entry[]，Map裏面的內容都保存在Entry[]裏面。 /** The table, resized as necessary. Length MUST Always be a power of two. */ transient Entry[] table;

存數據的邏輯

既然是線性數組，為什麽能隨機存取？這裏HashMap用了一個小算法，大致是這樣實現： //存儲時: int hash = key.hashCode(); // 每個key的hash是一個固定的int值 int index = hash % Entry[].length;// 去模運算，運算後的值肯定在0-length之間 Entry[index] = value;// 以去模後的值為索引，把value存進去

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疑問：如果兩個key通過hash%Entry[].length得到的index相同，會不會有覆蓋的危險？ 這裏HashMap裏面用到鏈式數據結構的一個概念。 上面我們提到過Entry類裏面有一個next屬性，作用是指向下一個Entry。 打個比方， 第一個鍵值對A進來，通過計算其key的hash得到的index=0，記做:Entry[0] = A。 一會後又進來一個鍵值對B，通過計算其index也等於0，現在怎麽辦？ HashMap會這樣做:B.next = A,Entry[0] = B。 如果又進來C,index也等於0,那麽C.next = B,Entry[0] = C； 這樣我們發現index=0的地方其實存取了A,B,C三個鍵值對,他們通過next這個屬性鏈接在一起。

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public V put(K key, V value) { if (key == null) return putForNullKey(value); //null總是放在數組的第一個鏈表中 int hash = hash(key.hashCode()); int i = indexFor(hash, table.length); //遍歷鏈表 for (Entry<K, V> e = table[i]; e != null; e = e.next) { Object k; //如果key在鏈表中已存在，則替換為新value（不要誤解為是用新的值把舊的值覆蓋了！） 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; } void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) { Entry<K, V> e = table[bucketIndex]; table[bucketIndex] = new Entry<K, V>(hash, key, value, e); //參數e, 是Entry.next //如果size超過threshold，則擴充table大小。再散列 if (size++ >= threshold) resize(2 * table.length); }

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當然HashMap裏面也包含一些優化方面的實現，比如：Entry[]的長度一定後，隨著map裏面數據的越來越長，這樣同一個index的鏈就會很長，會不會影響性能？ HashMap裏面設置一個因子，隨著map的size越來越大，Entry[]會以一定的規則加長長度。

取數據的邏輯

//取值時: int hash = key.hashCode(); int index = hash % Entry[].length; return Entry[index];

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public V get(Object key) { if (key == null) return getForNullKey(); int hash = hash(key.hashCode()); //先定位到數組元素，再遍歷該元素處的鏈表 for (Entry<K, V> e = table[indexFor(hash, table.length)]; e != null; e = e.next) { Object k; if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) return e.value; } return null; }

其他邏輯

null key的存取 null key總是存放在Entry[]數組的第一個元素。 private V putForNullKey(V value) { for (Entry<K, V> e = table[0]; e != null; e = e.next) { if (e.key == null) { V oldValue = e.value; e.value = value; e.recordAccess(this); return oldValue; } } modCount++; addEntry(0, null, value, 0); return null; } private V getForNullKey() { for (Entry<K, V> e = table[0]; e != null; e = e.next) { if (e.key == null) return e.value; } return null; }

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確定數組index：hashcode % table.length取模 HashMap存取時，都需要計算當前key應該對應Entry[]數組哪個元素，即計算數組下標；算法如下： /** Returns index for hash code h. */ static int indexFor(int h, int length) { return h & (length - 1); } 按位取並，作用上相當於取模mod或者取余%。 註意：不過的hashCode進行運算後的值可能相等，這意味著數組下標相同；但是，不要錯誤的理解為數組下標相同表示hashCode相同。

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初始大小 public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) { ..... // Find a power of 2 >= initialCapacity int capacity = 1; while (capacity < initialCapacity) capacity <<= 1; this.loadFactor = loadFactor; threshold = (int)(capacity * loadFactor); table = new Entry[capacity]; init(); } 註意初始大小並不是構造函數中的initialCapacity！而是 >= initialCapacity的2的n次冪！！！！！

解決hash沖突的方法

開放定址法（線性探測再散列，二次探測再散列，偽隨機探測再散列） 再哈希法 鏈地址法 建立一個公共溢出區 Java中HashMap的解決辦法是采用的鏈地址法。

再散列過程

當哈希表的容量超過默認容量時，必須調整table的大小。 當容量已經達到最大可能值時，那麽該方法就將容量調整到Integer.MAX_VALUE返回，這時，需要創建一張新表，將原表映射到新表中。 /** * Rehashes the contents of this map into a new array with a * larger capacity. This method is called automatically when the * number of keys in this map reaches its threshold. * * If current capacity is MAXIMUM_CAPACITY, this method does not * resize the map, but sets threshold to Integer.MAX_VALUE. * This has the effect of preventing future calls. * * @param newCapacity the new capacity, MUST be a power of two; * must be greater than current capacity unless current * capacity is MAXIMUM_CAPACITY (in which case value * is irrelevant). */ 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); table = newTable; threshold = (int) (newCapacity * loadFactor); } /** * Transfers all entries from current table to newTable. */ void transfer(Entry[] newTable) { Entry[] src = table; int newCapacity = newTable.length; for (int j = 0; j < src.length; j++) { Entry<K, V> e = src[j]; if (e != null) { src[j] = null; do { Entry<K, V> next = e.next; //重新計算index int i = indexFor(e.hash, newCapacity); e.next = newTable[i]; newTable[i] = e; e = next; } while (e != null); } } }

HashMap 的數據結構