文章目录
- Java中的HashMap
- 什么是HashMap？
- 对比其他Map中put()方法
- HashMap中put()方法使用示例
- HashMap中put()源码解析
- 手绘流程图
- 实现原理
- 源码探究（JDK 1.8）
- 设计put()的意义
- 总结
Java中的HashMap
什么是HashMap？
HashMap是Java中常用的数据结构之一，它基于哈希表实现，提供了快速的键值对存取能力。在HashMap中，put方法是最常用的方法之一，用于将键值对存储到HashMap中。本文将深入探究HashMap的put方法的实现原理，解析其内部数据结构和算法，并探讨设计put方法的意义。
对比其他Map中put()方法
可以看一下博主的博客了解HashMap、TreeMap和LinkedHashMap三者的使用：Java-数据结构（二）-Map：HashMap、TreeMap、LinkedHashMap
HashMap、TreeMap和LinkedHashMap都是Java中常用的Map实现类，它们在put方法的实现上有一些区别。
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HashMap的put方法：
- HashMap使用哈希表来存储键值对，通过键的哈希码和哈希函数来确定键值对在哈希表中的存储位置。
- 当发生哈希冲突时，HashMap使用链表或红黑树来解决冲突。
- HashMap的put方法具有O(1)的平均时间复杂度。
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TreeMap的put方法：
- TreeMap使用红黑树来存储键值对，根据键的自然顺序或自定义比较器来进行排序。
- 在插入键值对时，TreeMap会根据键的顺序将键值对插入到相应的位置，以保持有序性。
- TreeMap的put方法具有O(log n)的时间复杂度。
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LinkedHashMap的put方法：
- LinkedHashMap继承自HashMap，底层仍然使用哈希表来存储键值对。
- LinkedHashMap在HashMap的基础上，使用双向链表来维护键值对的插入顺序或访问顺序。
- 在插入键值对时，LinkedHashMap会将键值对插入到链表的尾部，以保持插入顺序或访问顺序。
- LinkedHashMap的put方法具有O(1)的平均时间复杂度。
- HashMap的put方法使用哈希表来存储键值对，适用于需要高效存储和查找键值对的场景。
- TreeMap的put方法使用红黑树来存储键值对，适用于需要有序存储和查找键值对的场景。
- LinkedHashMap的put方法在HashMap的基础上，使用双向链表来维护插入顺序或访问顺序，适用于需要保持插入顺序或访问顺序的场景。
HashMap中put()方法使用示例
以下是一个简单的Java代码示例，展示了如何使用HashMap的put方法：
import java.util.HashMap;
public class HashMapExample {
public static void main(String[] args) {
// 创建一个HashMap对象
HashMap<String, Integer> hashMap = new HashMap<>();
// 使用put方法添加键值对
hashMap.put("apple", 1);
hashMap.put("banana", 2);
hashMap.put("cherry", 3);
// 使用get方法获取键对应的值
int value = hashMap.get("banana");
System.out.println("The value of 'banana' is: " + value);
}
}
HashMap中put()源码解析
手绘流程图
实现原理
在Java中，HashMap的put方法的实现原理可以分为以下几个步骤：
1.首先，根据键的哈希值计算出键的哈希码。HashMap使用键的哈希码来确定键值对在哈希表中的存储位置。
2.接下来，通过哈希码计算出键值对在哈希表中的索引位置。HashMap使用一个称为“哈希函数”的算法来计算索引位置。常用的哈希函数是将哈希码与哈希表的容量进行取模运算，得到索引位置。
3.如果该索引位置上没有其他键值对，则直接将键值对存储在该位置上。如果该索引位置上已经存在其他键值对，则发生了“哈希冲突”。
4.当发生哈希冲突时，HashMap使用链表或红黑树来解决冲突。在JDK1.8之前，HashMap使用链表来解决冲突，即在冲突的索引位置上，将新的键值对插入到链表的尾部。而在JDK1.8及以后的版本中，当链表长度超过一定阈值时，HashMap会将链表转换为红黑树，以提高查找效率。
5.最后，将键值对成功存储在哈希表中，并返回先前关联的值（如果存在）。如果该索引位置上已经存在其他键值对，则需要遍历链表或红黑树，找到对应的键值对，并更新其值。
通过以上步骤，HashMap的put方法成功将键值对存储在哈希表中。需要注意的是，当哈希表的负载因子（即存储的键值对数量与容量的比值）超过一定阈值时，HashMap会进行扩容操作，以保持哈希表的性能。
源码探究（JDK 1.8）
public V put(K key, V value) {
return putVal(hash(key), key, value, false, true);
}
final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,
boolean evict) {
Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, i;
// table未初始化或者长度为0，进行扩容
if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
n = (tab = resize()).length;
// (n - 1) & hash 确定元素存放在哪个桶中，桶为空，新生成结点放入桶中(此时，这个结点是放在数组中)
if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
// 桶中已经存在元素（处理hash冲突）
else {
Node<K,V> e; K k;
//快速判断第一个节点table[i]的key是否与插入的key一样，若相同就直接使用插入的值p替换掉旧的值e。
if (p.hash == hash &&
((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
e = p;
// 判断插入的是否是红黑树节点
else if (p instanceof TreeNode)
// 放入树中
e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
// 不是红黑树节点则说明为链表结点
else {
// 在链表最末插入结点
for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
// 到达链表的尾部
if ((e = p.next) == null) {
// 在尾部插入新结点
p.next = newNode(hash, key, value, null);
// 结点数量达到阈值(默认为 8 )，执行 treeifyBin 方法
// 这个方法会根据 HashMap 数组来决定是否转换为红黑树。
// 只有当数组长度大于或者等于 64 的情况下，才会执行转换红黑树操作，以减少搜索时间。否则，就是只是对数组扩容。
if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st
treeifyBin(tab, hash);
// 跳出循环
break;
}
// 判断链表中结点的key值与插入的元素的key值是否相等
if (e.hash == hash &&
((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
// 相等，跳出循环
break;
// 用于遍历桶中的链表，与前面的e = p.next组合，可以遍历链表
p = e;
}
}
// 表示在桶中找到key值、hash值与插入元素相等的结点
if (e != null) {
// 记录e的value
V oldValue = e.value;
// onlyIfAbsent为false或者旧值为null
if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
//用新值替换旧值
e.value = value;
// 访问后回调
afterNodeAccess(e);
// 返回旧值
return oldValue;
}
}
// 结构性修改
++modCount;
// 实际大小大于阈值则扩容
if (++size > threshold)
resize();
// 插入后回调
afterNodeInsertion(evict);
return null;
}
设计put()的意义
设计put方法的意义在于提供了一种简单而高效的方式来存储和查找键值对。HashMap的put方法具有O(1)的平均时间复杂度，即使在发生哈希冲突的情况下，通过链表或红黑树的处理，也能保持较快的查找性能。这使得HashMap成为了处理大量数据的理想选择，尤其在需要频繁进行键值对操作的场景下。
总结
本文深入探究了Java中HashMap的put方法的实现原理。通过了解其内部数据结构和算法，我们可以更好地理解和使用HashMap，在实际开发中更加高效地进行键值对的存储和查找操作。同时，我们也探讨了设计put方法的意义，以及提供了相关的Java代码示例。希望本文对读者有所帮助，让大家对HashMap的put方法有更深入的理解。
