java中HashMap的原理分析

java中HashMap的原理分析

我们先来看这样的一道面试题：

在 HashMap 中存放的一系列键值对，其中键为某个我们自定义的类型。放入 HashMap 后，我们在外部把某一个 key 的属性进行更改，然后我们再用这个 key 从 HashMap 里取出元素，这时候 HashMap 会返回什么？

文中已给出示例代码与答案，但关于HashMap的原理没有做出解释。

1. 特性

我们可以用任何类作为HashMap的key，但是对于这些类应该有什么限制条件呢？且看下面的代码：

public class Person {

private String name;

public Person(String name) {

this.name = name;

}

}

Map testMap = new HashMap<>();

testMap.put(new Person("hello"), "world");

testMap.get(new Person("hello")); // ---> null

本是想取出具有相等字段值Person类的value，结果却是null。对HashMap稍有了解的人看出来——Person类并没有override hashcode方法，导致其继承的是Object的hashcode（返回是其内存地址）。这也是为什么常用不变类如String（或Integer等）做为HashMap的key的原因。那么，HashMap是如何利用hashcode给key做快速索引的呢？

2. 原理

首先，我们来看《Thinking in java》中一个简单HashMap的实现方案：

//: containers/SimpleHashMap.java

// A demonstration hashed Map.

import java.util.*;

import net.mindview.util.*;

public class SimpleHashMap extends AbstractMap {

// Choose a prime number for the hash table size, to achieve a uniform distribution:

static final int SIZE = 997;

// You can't have a physical array of generics, but you can upcast to one:

@SuppressWarnings("unchecked")

LinkedList>[] buckets =

new LinkedList[SIZE];

public V put(K key, V value) {

V oldValue = null;

int index = Math.abs(key.hashCode()) % SIZE;

if(buckets[index] == null)

buckets[index] = new LinkedList>();

LinkedList> bucket = buckets[index];

MapEntry pair = new MapEntry(key, value);

boolean found = false;

ListIterator> it = bucket.listIterator();

while(it.hasNext()) {

MapEntry iPair = it.next();

if(iPidjhSaqHifair.getKey().equals(key)) {

oldValue = iPair.getValue();

it.set(pair); // Replace old with new

found = true;

break;

}

}

if(!found)

buckets[index].add(pair);

return oldValue;

}

public V get(Object key) {

int index = Math.abs(key.hashCode()) % SIZE;

if(buckets[index] == null) return null;

for(MapEntry

if(iPair.getKey().equals(key))

return iPair.getValue();

return null;

}

public Set> entrySet() {

Set> set= new HashSet>();

for(LinkedList> bucket : buckets) {

if(bucket == null) continue;

for(MapEntry mpair : bucket)

set.add(mpair);

}

return set;

}

public static void main(String[] args) {

SimpleHashMap m idjhSaqHif=

new SimpleHashMap();

m.putAll(Countries.capitals(25));

System.out.println(m);

System.out.println(m.get("ERITREA"));

System.out.println(m.entrySet());

}

}

SimpleHashMap构造一个hash表来存储key，hash函数是取模运算Math.abs(key.hashCode()) % SIZE，采用链表法解决hash冲突；buckets的每一个槽位对应存放具有相同（hash后）index值的Map.Entry，如下图所示：

JDK的HashMap的实现原理与之相类似，其采用链地址的hash表table存储Map.Entry：

/**

* The table, resized as necessary. Length MUST Always be a power of two.

*/

transient Entry[] table = (Entry[]) EMPTY_TABLE;

static class Entry implements Map.Entry {

final K key;

V value;

Entry next;

int hash;

…

}

Map.Entry的index是对key的hashcode进行hash后所得。当要get key对应的value时，则对key计算其index，然后在table中取出Map.Entry即可得到，具体参看代码：

public V get(Object key) {

if (key == null)

return getForNullKey();

Entry entry = getEntry(key);

return null == entry ? null : entry.getValue();

}

final Entry getEntry(Object key) {

if (size == 0) {

return null;

}

int hash = (key == null) ? 0 : hash(key);

for (Entry e = table[indexFor(hash, table.length)];

e != null;

e = e.next) {

Object k;

if (e.hash == hash &&

((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))

return e;

}

return null;

}

可见，hashcode直接影响HashMap的hash函数的效率——好的hashcode会极大减少hash冲突，提高查询性能。同时，这也解释开篇提出的两个问题：如果自定义的类做HashMap的key，则hashcode的计算应涵盖构造函数的所有字段，否则有可能得到null。

if(iPair.getKey().equals(key))

return iPair.getValue();

return null;

}

public Set> entrySet() {

Set> set= new HashSet>();

for(LinkedList> bucket : buckets) {

if(bucket == null) continue;

for(MapEntry mpair : bucket)

set.add(mpair);

}

return set;

}

public static void main(String[] args) {

SimpleHashMap m idjhSaqHif=

new SimpleHashMap();

m.putAll(Countries.capitals(25));

System.out.println(m);

System.out.println(m.get("ERITREA"));

System.out.println(m.entrySet());

}

}

SimpleHashMap构造一个hash表来存储key，hash函数是取模运算Math.abs(key.hashCode()) % SIZE，采用链表法解决hash冲突；buckets的每一个槽位对应存放具有相同（hash后）index值的Map.Entry，如下图所示：

JDK的HashMap的实现原理与之相类似，其采用链地址的hash表table存储Map.Entry：

/**

* The table, resized as necessary. Length MUST Always be a power of two.

*/

transient Entry[] table = (Entry[]) EMPTY_TABLE;

static class Entry implements Map.Entry {

final K key;

V value;

Entry next;

int hash;

…

}

Map.Entry的index是对key的hashcode进行hash后所得。当要get key对应的value时，则对key计算其index，然后在table中取出Map.Entry即可得到，具体参看代码：

public V get(Object key) {

if (key == null)

return getForNullKey();

Entry entry = getEntry(key);

return null == entry ? null : entry.getValue();

}

final Entry getEntry(Object key) {

if (size == 0) {

return null;

}

int hash = (key == null) ? 0 : hash(key);

for (Entry e = table[indexFor(hash, table.length)];

e != null;

e = e.next) {

Object k;

if (e.hash == hash &&

((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))

return e;

}

return null;

}

可见，hashcode直接影响HashMap的hash函数的效率——好的hashcode会极大减少hash冲突，提高查询性能。同时，这也解释开篇提出的两个问题：如果自定义的类做HashMap的key，则hashcode的计算应涵盖构造函数的所有字段，否则有可能得到null。

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