【HashMap】结构和底层原理

news2025/1/10 1:27:44

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HashMap

结构和底层原理

HashMap 是我们非常常用到数据结构，由数组和链表构成的数据结构，数组里面每个地方都存了 key-value 这样的实例，在Java7叫 Entry 在 Java8 中叫 Node

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因为他本身所有的位置都是null，在 put 插入的时候，会根据 key 的hash去计算一个 index 的值，就比如我 put(“Hello”，“World”)，我插入了为“Hello”的元素，这个时候，我们会通过哈希函数计算出插入的位置，计算出 index 是 1 的位置，

hash("Hello") = 1

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我们都知道，数组的长度是有限的，在有限的长度去使用哈希，哈希本身就存在概率性，就像上面的情况，可能为再 put 一个 “hi” ，计算出的 hash 值也在 1上，和之前是同一值，这样就形成了链表

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每一个节点都会保存自身的hash、key、value、以及下个节点，我看看Node的源码。

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

新的Entry节点再插入链表的时候，是怎么插入的？

Java 8之前是头插法，也就是说，新的值会取代原有的值，原有的值顺推到链表中去，就像上面的🌰一样

但是 Java 8 之后，都说用尾插法了。

为什么改成尾插法？

数组容量是有限的，数据多次插入，到达一定数量就会扩容，也就是 resize

什么时候resize呢？

有两个因素

Capacity：HashMap 当前长度
LocalFactor：负载因子，默认值为 0.75f

static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;

比如当前容量为 100，当存到 76 个的时候，判断发现需要进行 resize 了，那就扩容。

怎么扩容呢？

分为两步：

扩容：创建一个新的 Entry 空数组，长度是原来的2倍
ReHash：遍历原Entry 数组，把所有 Entry 重新 Hash 到新的数组

为什么要重新Hash呢？为什么不直接复制过去

因为长度扩容之后，Hash 规则也随之改变，原来的长度是 8 是通过位运算得出的，这和新的 16 肯定就不一样了。

Hash的公式—> index = HashCode（Key） & （Length - 1）

扩容前：
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扩容后：
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言归正传，java8 为什么改成尾插了呢？

多线程的情况下，头插法进行扩容。会出现环形链 –Infinit Loop(♾️)

# 插入 A、B、C到长度为2的Entry 中 当长度依旧还是2的时候，未扩容时
顺序是 A -> B -> C

# 2*0.75 = 1，插入到第二个就要 resize 了，因为 resize ，使用单链表头插法，同一个位置上的元素总会被放到链表头部，重新计算的索引位有可能被放到新的不同的位置
顺序是 B -> A

# 一旦多个线程完成调整
这时 ...  A -> B  -> A -> B ...

因为 Java 8 之后链表有红黑树，代码中有很多 if else 的逻辑判断，红黑树的引入将原本 O(n) 的时间复杂度降低为 O(logn)，使用头插法会改变链表上的顺序，但是如果用尾插法，在扩容的时候会保持链表元素原本的顺序，就不会出现链表成环的问题了

那是不是意味着 Java8 就可以把 HashMap 用在多线程呢？

源码中的 put/get 方法都没有加同步锁，所以线程安全还是无法保证的。

HashMap 的默认初始化长度是多少？

为什么是16呢？

源码中有一行

static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1<<4;

1<<4 = 16 在创建 HashMap 时，阿里巴巴规会提示我们最好赋初值，而且最好是2的幂，这样是为了位运算方便，位与运算比算数计算的效率高了很多，之所以选择16，是为了服务将 key 映射到 index 的算法。

那为啥用16不用别的呢？

这是为了实现均匀分布

为啥我们重写equals方法的时候需要重写hashCode方法呢？

因为在java中，所有的对象都是继承于Object类。Ojbect类中有两个方法equals、hashCode，这两个方法都是用来比较两个对象是否相等的。在未重写equals方法我们是继承了object的equals方法，那里的 equals是比较两个对象的内存地址，显然我们new了2个对象内存地址肯定不一样