HashMap 實現原理與原始碼分析

一角錢發表於2019-04-26

HashMap原始碼

一、弄清楚HashMap 之前，先回答以下幾個問題

1、HashMap 是執行緒安全的嗎？

2、HashMap 資料結構是什麼？

陣列、連結串列、紅黑樹

3、JDK8 對 HashMap 優化了哪塊，為何要優化？

二、逐步來認識HashMap

1、陣列

public class Array {

    /**
     * 刪除 插入 慢 O(n)
     * 找到下標的查詢 O(1)
     * java.util.ArrayList
     * @param args
     */
    public static void main(String[] args) {
        Integer[] integers = new Integer[10];
        integers[0] = 0;
        integers[1] = 1;
        integers[2] = 2;
        integers[3] = 3;
        integers[4] = 4;
    }
}
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陣列：採用一段連續的儲存單元來儲存資料。對於指定下標的查詢，時間複雜度為O(1); 對於一般的插入刪除操作，涉及到陣列元素的移動，其平均複雜度為O(n)。

2、線性連結串列

public class Node {

    public Node next;
    private Object data;

    public Node(Object data){
        this.data = data;
    }

    /**
     * 新增、插入 時間複雜度O(1)
     * 查詢時間複雜度O(n)
     * java.util.LinkedList
     * @param args
     */
    public static void main(String[] args) {
        Node node = new Node(1);
        node.next = new Node(2);
        node.next.next = new Node(3);
    }
}
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線性連結串列：對於連結串列的新增、刪除等操作（在找到指定操作位置後），僅需要處理結點間的引用即可，時間複雜度為O(1)，而查詢操作需要遍歷連結串列逐一進行比對，複雜度為O(n)。

3、雜湊hash

雜湊演算法（也叫雜湊），就是把任意長度值（key）通過雜湊演算法變成固定長度的key地址，通過這個地址進行訪問的資料結構。

它通過把關鍵碼值對映到表中一個位置來訪問記錄，以加快查詢的速度。

這個對映的函式也叫做雜湊函式，存放記錄的陣列叫做雜湊表。

4、理解HashMap 技術本質

public class App {

    public static void main(String[] args) {
        //Map<String,String> map = new HashMap();
        App map = new App();
        map.put("劉一","劉一");
        map.put("陳二","陳二");
        map.put("張三","張三");
        map.put("李四","李四");
        map.put("王五","張一");
        map.put("悟空","悟空");
    }

    /**
     * hash 演算法 山寨
     * @param key
     * @param value
     */
    public void put(String key, String value){
        // HashMap預設陣列長度為16
        System.out.printf("key:%s,hash值:%s,儲存位置:%s\r\n",key,key.hashCode(),Math.abs(key.hashCode() % 6));
    }
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輸出結果：

key:劉一,hash值:671464,儲存位置:4
key:陳二,hash值:1212740,儲存位置:5
key:張三,hash值:774889,儲存位置:4
key:李四,hash值:842061,儲存位置:6
key:王五,hash值:937065,儲存位置:0
key:悟空,hash值:798139,儲存位置:4
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分析HashMap 技術本質：

5、手寫實現

定義介面：

/**
 * 定義一個介面
 * @param <K>
 * @param <V>
 */
public interface Map<K,V> {

    public V put(K k,V v);
    public V get(K k);
    public int size();
    public interface  Entry<K,V>{
        public K getKey();
        public V getValue();
    }
}
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介面實現：

/**
 * <p>
 *  實現HashMap
 * </p>
 *
 * @author: org_hejianhui@163.com
 * @create: 2019-04-26 22:52
 * @see HashMap
 * @since JDK1.8
 */
public class HashMap<K, V> implements Map<K, V> {

    private Entry<K, V>[] tables = null;
    private static int defaultLengh = 16;
    private int size = 0;

    public HashMap() {
        this.tables = new Entry[defaultLengh];
    }

    public V put(K k, V v) {

        // hash 出來的hash值
        int index = hash(k);

        // 陣列的長度 index 值 下標的位置
        Entry entry = tables[index];
        if (entry == null) {
            tables[index] = new Entry<>(k, v, null, index);
            size++;
        } else {
            tables[index] = new Entry<>(k, v, entry, index);
        }

        // 通過位置找到我們的table對應的Entry
        return tables[index].getValue();
    }

    public V get(K k) {
        if (size == 0)
            return null;
        // hash 出來的值
        int index = hash(k);

        Entry<K, V> entry = getEntry(k, index);
        return entry == null ? null : entry.getValue();

    }


    public int size() {
        return size;
    }

    class Entry<K, V> implements Map.Entry<K, V> {
        private K k;
        private V v;
        private Entry next;
        private int hash;

        public Entry(K k, V v, Entry next, int hash) {
            this.k = k;
            this.v = v;
            this.next = next;
            this.hash = hash;
        }

        public K getKey() {
            return k;
        }

        public V getValue() {
            return v;
        }
    }

    private int hash(K k) {
        int index = k.hashCode() & (defaultLengh - 1);
        return Math.abs(index);
    }

    private Entry<K, V> getEntry(K k, int index) {
        for (Entry e = tables[index]; e != null; e = e.next) {
            if (e.hash == index && (e.getKey() == k || e.getKey().equals(k))) {
                return e;
            }
        }
        return null;
    }
}
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測試驗證：

public static void main(String[] args) {
    //Map<String,String> map = new HashMap();
    //App map = new App();
    com.nuih.map.Map map = new com.nuih.map.HashMap();
    map.put("劉一","劉一");
    map.put("陳二","陳二");
    map.put("張三","張三");
    map.put("李四","李四");
    map.put("王五","張一");
    map.put("悟空","悟空");
    System.out.println(map.get("悟空"));
}
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