(转载)HashMap工作原理

HashMap是近些年来java面试中常问到的知识点，很多人(包括我在内)都知道HashMap的用法，也知道HashMap与HashTable之间的区别，但是却不知其所以然，于是乎，本人开始查阅相关资料，解读HashMap的实现源代码，打算一探究竟。

一、HashMap的基本了解

      基本定义:根据源代码的描述可知，HashMap是基于哈希表的Map接口的实现，其包含了Map接口的所有映射操作，并且允许使用null键和null值。

      与HashTable的区别:HashMap可以近似地看成是HashTable,但是它是非线程安全的，并且允许使用null键和null值，而这些都与HashTable恰巧相反。   

      注:HashMap可以使用ConcurrentHashMap代替，ConcurrentHashMap是一个线程安全，更加快速的HashMap.

      存储结构:HashMap的存储结构其实就是哈希表的存储结构(由数组与链表结合组成，称为链表的数组)。如下图所示:

  

 

如上图所示，HashMap中元素存储的形式是键-值对(key-value对,即Entry对)，所有具有相同hashcode值的键(key)所对应的entry对会被链接起来组成一条链表，而数组的作用则是存储链表中第一个结点的地址值。

二、影响HashMap性能的因素

      在HashMap中，还存在着两个概念，桶(buckets)和加载因子(load factor)。

      桶(buckets):上图中的标有0、1、2、3、….、11所对应的数组空间就是一个个桶。

      加载因子(load factor):是哈希表在其容量自动增加之前可以达到多满的一种尺度，默认值是0.75。

      根据源代码中所述，影响HashMap性能有两个因素:哈希表中的初始化容量(桶的数量)和加载因子。当哈希表中条目数超过了当前容量与加载因子的乘积时，哈希表将会作出自我调整，将容量扩充为原来的两倍，并且重新将原有的元素重新映射到表中，这一过程成为rehash。看到这里，相必大家会发现rehash操作是会造成时间与空间的开销的，因此为什么初始化容量与加载因子会影响HashMap的性能也就可以理解了。

      代码示例1.添加键-值对的java源代码:

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void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {     Entry<K,V> e = table[bucketIndex];    //找到元素要插入的桶         table[bucketIndex] = new Entry<K,V>(hash, key, value, e);         if (size++ >= threshold)     //threshold的值为当前容量*加载因子(0.75)             resize(2 * table.length);   //将HashMap的容量扩充为当前容量的两倍     }

      代码示例2.扩充HashMap实例容量源代码:

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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];  //重新定义新容量的Entry对         transfer(newTable);                         //rehash操作，将旧表中的元素重新映射到新表中         table = newTable;         threshold = (int)(newCapacity * loadFactor);//新的临界值为新的容量*加载因子     }

三、put/get方法实现原理

      put操作:HashMap在进行put操作的时候，会首先调用Key值中的hashCode()方法，用于获取对应的bucket的下标值以便存放数据。具体操作可以参照如下的java源代码:

      代码示例3.put方法的java源代码:

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public V put(K key, V value) {         if (key == null)             return putForNullKey(value);         int hash = hash(key.hashCode());         int i = indexFor(hash, table .length );         for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e. next) {             Object k;             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;     }

 

       正如上述代码所示，HashMap通过key值的hashcode获得了对应的bucket存储空间的下标，然后进入bucket空间，通过遍历链表比较新插入Key值在链表中是否已存在，如果存在则用新的键-值对替换掉旧值，否则插入新的键-值对。看到这里，相信大家会发现，hashCode值相同的两个值可能是不同的两个对象，而当put进去的是另一个hashCode值相等的对象时，会发生冲突，而在HashMap中解决这种冲突的方法就是将hashCode值相同的key值所对应的key-value对串联成一条链表，请见上面的HashMap数据结构图。

      get操作:HashMap在进行get操作的时候，与put方法类似，会首先调用Key值中的hashCode()方法，用于获取对应的bucket的下标值，找到bucket的位置后，再通过key.equals()方法找到对应的键-值对，从而获得对应的value值。java源代码如下:

       代码示例4.get方法的java源代码:

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public V get(Object key) {         if (key == null)             return getForNullKey();         int hash = hash(key.hashCode());         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; }

 

      总结:HashMap是基于hashing原理对key-value对进行存储与获取，当使用put()方法添加key-value对时，它会首先检查hashCode的值，并以此获得对应的bucket位置进行存储，当发生冲突时(hashcode值相同的两个不同key)，新的key-value对会以结点的形式添加到链表的末尾。而使用get()方法时，同样地会根据key的hashCode值找到相应的bucket位置，再通过key.equals()方法找到对应的key-value对，最终成功获取value值。

详情请参考：http://blog.csdn.net/caihaijiang/article/details/6280251