HashMap之淺析

weixin_33861800發表於2018-12-05
HashMap

  • 什麼是HashMap?
    HashMap的底層結構實際上是“連結串列雜湊”，即陣列和連結串列的結合體

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    HashMap底層資料結構.png

  • 為什麼用HashMap？

  1. HashMap是一個雜湊桶（陣列和連結串列），它儲存的內容是鍵值對(key-value)對映
  2. HashMap採用了陣列和連結串列的資料結構，能在查詢和修改方便繼承了陣列的線性查詢和連結串列的定址修改
  3. HashMap是非synchronized，所以HashMap很快
  4. HashMap可以接受null鍵和值，而Hashtable則不能（equlas()方法需要物件，HashMap是後出的API經過處理才可以）
  • HashMap的工作原理
    第一，如圖所示，HashMap有3個要素：hash函式+陣列+單連結串列
    第二，對於hash函式而言，需要考慮些什麼？
    要快，對於給定的Key，要能夠快速計算出在陣列中的index。那麼什麼運算夠快呢？顯然是位運算！
    我們使用put(key, value)儲存物件到HashMap中，使用get(key)從HashMap中獲取物件。當我們給put()方法傳遞鍵和值時，我們先對鍵呼叫hashCode()方法，計算並返回的hashCode是用於找到Map陣列的bucket位置來儲存Node 物件。這裡關鍵點在於指出，HashMap是在bucket中儲存鍵物件和值物件，作為Map.Node 。
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    Map基本結構.png

以下是具體的put過程（JDK1.8版）
1、對Key求Hash值，然後再計算下標
2、如果沒有碰撞，直接放入桶中（碰撞的意思是計算得到的Hash值相同，需要放到同一個bucket中）
3、如果碰撞了，以連結串列的方式連結到後面
4、如果連結串列長度超過閥值( TREEIFY THRESHOLD==8)，就把連結串列轉成紅黑樹，連結串列長度低於6，就把紅黑樹轉回連結串列
5、如果節點已經存在就替換舊值
6、如果桶滿了(容量16*載入因子0.75)，就需要 resize（擴容2倍後重排）

以下是具體get過程(考慮特殊情況如果兩個鍵的hashcode相同，你如何獲取值物件？)
當我們呼叫get()方法，HashMap會使用鍵物件的hashcode找到bucket位置，找到bucket位置之後，會呼叫keys.equals()方法去找到連結串列中正確的節點，最終找到要找的值物件。

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Map get過程.png

  • 有什麼方法可以減少碰撞？

擾動函式可以減少碰撞，原理是如果兩個不相等的物件返回不同的hashcode的話，那麼碰撞的機率就會小些，這就意味著存連結串列結構減小，這樣取值的話就不會頻繁呼叫equal方法，這樣就能提高HashMap的效能。（擾動即Hash方法內部的演算法實現，目的是讓不同物件返回不同hashcode。）

使用不可變的、宣告作final的物件，並且採用合適的equals()和hashCode()方法的話，將會減少碰撞的發生。不可變性使得能夠快取不同鍵的hashcode，這將提高整個獲取物件的速度，使用String，Interger這樣的wrapper類作為鍵是非常好的選擇。為什麼String, Interger這樣的wrapper類適合作為鍵？因為String是final的，而且已經重寫了equals()和hashCode()方法了。不可變性是必要的，因為為了要計算hashCode()，就要防止鍵值改變，如果鍵值在放入時和獲取時返回不同的hashcode的話，那麼就不能從HashMap中找到你想要的物件。

  • 對於hash函式而言，需要考慮些什麼？
  1. 要快，對於給定的Key，要能夠快速計算出在陣列中的index。那麼什麼運算夠快呢？顯然是位運算！
  2. 要均勻分佈，較少碰撞。說白了，我們希望通過hash函式，讓資料均勻分佈在陣列中，儘量使得每個位置上的元素數量只有一個，不希望大量資料發生碰撞，導致連結串列過長，遍歷連結串列耗時。那麼怎麼辦到呢？也是利用位運算，通過對資料的二進位制的位進行移動，讓hash函式得到的資料雜湊開來，從而減低了碰撞的概率。

我們來看看JDK1.8的原始碼是怎麼做的（被樓主修飾了一下）

static final int hash(Object key) {
    if (key == null){
        return 0;
    }
     int h;
     h=key.hashCode()；返回雜湊值也就是hashcode
      // ^ ：按位異或
      // >>>:無符號右移，忽略符號位，空位都以0補齊
      //其中n是陣列的長度，即Map的陣列部分初始化長度
     return  (n-1)&(h ^ (h >>> 16));
}

簡單來說就是
1、高16bt不變，低16bit和高16bit做了一個異或(得到的HASHCODE轉化為32位的二進位制，前16位和後16位低16bit和高16bit做了一個異或)
2、(n·1)&hash=->得到下標

參考:
HashMap？面試？我是誰？我在哪

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