Java集合——HashMap的底层实现

news2024/12/28 5:10:39

HashMap将数据以键值对的形式存储,是线程不安全的(即在多线程中若不用concurrentHashMap会导致结果错误)

// concurrentHashMap编程示例
import java.util.Map;
import java.util.concurrent.ConcurrentHashMap;
 
public class HashMapThreadSafetyExample {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        // 创建一个 ConcurrentHashMap 并指定类型参数
        Map<Integer, String> concurrentHashMap = new ConcurrentHashMap<>();
 
        // 创建两个线程,分别向 ConcurrentHashMap 中插入数据
        Thread thread1 = new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 1000; i++) {
                concurrentHashMap.put(i, "Thread1-" + i);
            }
        });
 
        Thread thread2 = new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 1000; i++) {
                concurrentHashMap.put(i, "Thread2-" + i);
            }
        });
 
        // 启动两个线程
        thread1.start();
        thread2.start();
 
        // 等待两个线程结束
        thread1.join();
        thread2.join();
 
        // 打印 ConcurrentHashMap 的最终大小
        System.out.println("Final size of ConcurrentHashMap: " + concurrentHashMap.size());
    }
}
多线程下concurrentHashMap处理后结果,final size不会乱

Q:hashmap的底层实现

JDK 7中的HashMap是数组+链表形式,即拉链法。

JDK 8中的HashMap引入了红黑树,即数组+链表/红黑树。在链表大小超过8时,会自动转为红黑树。下图即为链表大于8的情况

 转为红黑树后:

查询为主的情境,用平衡二叉树(AVL;在增删为主的情境,用红黑树

Q:为何引入红黑树而不用其他树?

  1. 它不像AVL追求绝对的平衡。插入或删除节点时允许有一定的局部不平衡,相较于AVL可以减少性能开销

  2. 红黑树是一种自平衡的二叉搜索树,插入和删除的时间复杂度都是O(logn)

Q:红黑树和AVL、二叉搜索树的区别

  • 二叉搜索树:最坏情况下二叉搜索树时间复杂度为O(n);树不会平衡,不进行旋转操作,达不到自平衡

  • 红黑树:节点颜色为红色或黑色,根节点和叶子节点为黑色;任意一个红色节点的子节点是黑色

  • AVL:由于AVL保持平衡性,查找、删除、插入等操作时间复杂度都是O(log n);插入和删除节点时会发生旋转操作达到自平衡

Q:HashMap会出现红黑树一直增高变成无限高的情况吗

不会无限增高。在Java 8及以后版本,HashMap中的桶(bucket)在链表长度超过阈值(默认是8)时,会转换成红黑树。而红黑树是一种自平衡二叉搜索树,其高度始终维持在O(log n)的范围内,这意味着树的高度是有界的,不会无限增长。

Q:HashMap读和写的时间复杂度是多少?

    • 在最佳情况下:直接通过数组下标访问数据,O(n);

    • 最坏情况下:发生哈希冲突,链表为O(n),红黑树为O(log n)

  • :O(n),但是如果所有元素都在一个桶内,每次插入需要O(n)

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