實(shí)際上，HashSet 和 HashMap 之間有很多相似之處，對(duì)于 HashSet 而言，系統(tǒng)采用 Hash 算法決定集合元素的存儲(chǔ)位置，這樣可以保證能快速存、取集合元素；對(duì)于 HashMap 而言，系統(tǒng) key-value 當(dāng)成一個(gè)整體進(jìn)行處理，系統(tǒng)總是根據(jù) Hash 算法來計(jì)算 key-value 的存儲(chǔ)位置，這樣可以保證能快速存、取 Map 的 key-value 對(duì)。

在介紹集合存儲(chǔ)之前需要指出一點(diǎn)：雖然集合號(hào)稱存儲(chǔ)的是Java 對(duì)象，但實(shí)際上并不會(huì)真正將 Java 對(duì)象放入 Set 集合中，只是在 Set 集合中保留這些對(duì)象的引用而言。也就是說：Java 集合實(shí)際上是多個(gè)引用變量所組成的集合，這些引用變量指向?qū)嶋H的 Java 對(duì)象。就像引用類型的數(shù)組一樣，當(dāng)我們把 Java 對(duì)象放入數(shù)組之時(shí)，并不是真正的把 Java 對(duì)象放入數(shù)組中，只是把對(duì)象的引用放入數(shù)組中，每個(gè)數(shù)組元素都是一個(gè)引用變量。

HashMap存儲(chǔ)的實(shí)現(xiàn)（put()方法）

當(dāng)程序試圖將多個(gè)key-value放入HashMap中是，以如下代碼片段為例：

 HashMap<String , Double> map = new HashMap<String , Double>(); 
 map.put("語文" , 80.0); 
 map.put("數(shù)學(xué)" , 89.0); 
 map.put("英語" , 78.2); 

HashMap采用了一種所謂的“Hash算法”來決定每個(gè)元素的存儲(chǔ)位置。

當(dāng)程序執(zhí)行map.put("語文",80.0)時(shí)，系統(tǒng)將調(diào)用"語文"（即Key）的hashCode()方法得到其hashCode值---每個(gè)java對(duì)象都有hashCode()方法，都可以通過該方法獲得它的hashCode值。得到這個(gè)對(duì)象的hashCode值之后，系統(tǒng)根據(jù)hashCode值來決定 該元素的存儲(chǔ)位置。

我們可以看HashMap類的put(K key,V value)方法的源代碼：

public V put(K key, V value) 
 { 
  // 如果 key 為 null，調(diào)用 putForNullKey 方法進(jìn)行處理 
  if (key == null) 
   return putForNullKey(value); 
  // 根據(jù) key 的 keyCode 計(jì)算 Hash 值 
  int hash = hash(key.hashCode()); 
  // 搜索指定 hash 值在對(duì)應(yīng) table 中的索引 
  int i = indexFor(hash, table.length); 
  // 如果 i 索引處的 Entry 不為 null，通過循環(huán)不斷遍歷 e 元素的下一個(gè)元素 
  for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) 
  { 
   Object k; 
   // 找到指定 key 與需要放入的 key 相等（hash 值相同 
   // 通過 equals 比較放回 true） 
   if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key 
    || key.equals(k))) 
   { 
    V oldValue = e.value; 
    e.value = value; 
   e.recordAccess(this); 
    return oldValue; 
   } 
  } 
  // 如果 i 索引處的 Entry 為 null，表明此處還沒有 Entry 
  modCount++; 
  // 將 key、value 添加到 i 索引處 
  addEntry(hash, key, value, i); 
  return null; 
 } 

上面程序中用到了一個(gè)重要的內(nèi)部接口：Map.Entry，每個(gè) Map.Entry 其實(shí)就是一個(gè) key-value 對(duì)。從上面程序中可以看出：當(dāng)系統(tǒng)決定存儲(chǔ) HashMap 中的 key-value 對(duì)時(shí)，完全沒有考慮 Entry 中的 value，僅僅只是根據(jù) key 來計(jì)算并決定每個(gè) Entry 的存儲(chǔ)位置。這也說明了前面的結(jié)論：我們完全可以把 Map 集合中的 value 當(dāng)成 key 的附屬，當(dāng)系統(tǒng)決定了 key 的存儲(chǔ)位置之后，value 隨之保存在那里即可。

上面方法提供了一個(gè)根據(jù) hashCode() 返回值來計(jì)算 Hash 碼的方法：hash()，這個(gè)方法是一個(gè)純粹的數(shù)學(xué)計(jì)算，其方法如下：

static int hash(int h) 
{ 
 h ^= (h >>> 20) ^ (h >>> 12); 
 return h ^ (h >>> 7) ^ (h >>> 4); 
}

對(duì)于任意給定的對(duì)象，只要它的 hashCode() 返回值相同，那么程序調(diào)用 hash(int h) 方法所計(jì)算得到的 Hash 碼值總是相同的。接下來程序會(huì)調(diào)用 indexFor(int h, int length) 方法來計(jì)算該對(duì)象應(yīng)該保存在 table 數(shù)組的哪個(gè)索引處。   

indexFor(int h, int length) 方法的代碼如下：

static int indexFor(int h, int length) 
{ 
 return h & (length-1); 
}

這個(gè)方法非常巧妙，它總是通過 h &(table.length -1) 來得到該對(duì)象的保存位置——而 HashMap 底層數(shù)組的長度總是 2 的 n 次方，這一點(diǎn)可參看后面關(guān)于 HashMap 構(gòu)造器的介紹。

當(dāng) length 總是 2 的倍數(shù)時(shí)，h & (length-1)將是一個(gè)非常巧妙的設(shè)計(jì)：假設(shè) h=5,length=16, 那么 h & length - 1 將得到 5；如果 h=6,length=16, 那么 h & length - 1 將得到 6 ……如果 h=15,length=16, 那么 h & length - 1 將得到 15；但是當(dāng) h=16 時(shí) , length=16 時(shí)，那么 h & length - 1 將得到 0 了；當(dāng) h=17 時(shí) , length=16 時(shí)，那么 h & length - 1 將得到 1 了……這樣保證計(jì)算得到的索引值總是位于 table 數(shù)組的索引之內(nèi)。

根據(jù)上面 put 方法的源代碼可以看出，當(dāng)程序試圖將一個(gè) key-value 對(duì)放入 HashMap 中時(shí)，程序首先根據(jù)該 key 的 hashCode() 返回值決定該 Entry 的存儲(chǔ)位置：如果兩個(gè) Entry 的 key 的 hashCode() 返回值相同，那它們的存儲(chǔ)位置相同。如果這兩個(gè) Entry 的 key 通過 equals 比較返回 true，新添加 Entry 的 value 將覆蓋集合中原有 Entry 的 value，但 key 不會(huì)覆蓋。如果這兩個(gè) Entry 的 key 通過 equals 比較返回 false，新添加的 Entry 將與集合中原有 Entry 形成 Entry 鏈，而且新添加的 Entry 位于 Entry 鏈的頭部——具體說明繼續(xù)看 addEntry() 方法的說明。

當(dāng)向 HashMap 中添加 key-value 對(duì)，由其 key 的 hashCode() 返回值決定該 key-value 對(duì)（就是 Entry 對(duì)象）的存儲(chǔ)位置。當(dāng)兩個(gè) Entry 對(duì)象的 key 的 hashCode() 返回值相同時(shí)，將由 key 通過 eqauls() 比較值決定是采用覆蓋行為（返回 true），還是產(chǎn)生 Entry 鏈（返回 false）。

上面程序中還調(diào)用了 addEntry(hash, key, value, i); 代碼，其中 addEntry 是 HashMap 提供的一個(gè)包訪問權(quán)限的方法，該方法僅用于添加一個(gè) key-value 對(duì)。下面是該方法的代碼：

void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) 
{ 
 // 獲取指定 bucketIndex 索引處的 Entry 
 Entry<K,V> e = table[bucketIndex]; // ①
 // 將新創(chuàng)建的 Entry 放入 bucketIndex 索引處，并讓新的 Entry 指向原來的 Entry 
 table[bucketIndex] = new Entry<K,V>(hash, key, value, e); 
 // 如果 Map 中的 key-value 對(duì)的數(shù)量超過了極限
 if (size++ >= threshold) 
  // 把 table 對(duì)象的長度擴(kuò)充到 2 倍。
  resize(2 * table.length); // ②
}

上面方法的代碼很簡單，但其中包含了一個(gè)非常優(yōu)雅的設(shè)計(jì)：系統(tǒng)總是將新添加的 Entry 對(duì)象放入 table 數(shù)組的 bucketIndex 索引處——如果 bucketIndex 索引處已經(jīng)有了一個(gè) Entry 對(duì)象，那新添加的 Entry 對(duì)象指向原有的 Entry 對(duì)象（產(chǎn)生一個(gè) Entry 鏈），如果 bucketIndex 索引處沒有 Entry 對(duì)象，也就是上面程序①號(hào)代碼的 e 變量是 null，也就是新放入的 Entry 對(duì)象指向 null，也就是沒有產(chǎn)生 Entry 鏈。

什么是Map.Entry？

 Map是java中的接口，Map.Entry是Map的一個(gè)內(nèi)部接口。 

          Map提供了一些常用方法，如keySet()、entrySet()等方法，keySet()方法返回值是Map中key值的集合；entrySet()的返回值也是返回一個(gè)Set集合，此集合的類型為Map.Entry。 

          Map.Entry是Map聲明的一個(gè)內(nèi)部接口，此接口為泛型，定義為Entry<K,V>。它表示Map中的一個(gè)實(shí)體（一個(gè)key-value對(duì)）。接口中有g(shù)etKey(),getValue方法。             

         由以上可以得出，遍歷Map的常用方法： 

 1. Map map = new HashMap(); 
   Irerator iterator = map.entrySet().iterator(); 
   while(iterator.hasNext()) { 
     Map.Entry entry = iterator.next(); 
     Object key = entry.getKey(); 
     // 
   } 
  2.Map map = new HashMap(); 
   Set keySet= map.keySet(); 
   Irerator iterator = keySet.iterator; 
   while(iterator.hasNext()) { 
     Object key = iterator.next(); 
     Object value = map.get(key); 
     // 
   }  

        另外，還有一種遍歷方法是，單純的遍歷value值，Map有一個(gè)values方法，返回的是value的Collection集合。通過遍歷collection也可以遍歷value,如  

 Map map = new HashMap(); 
  Collection c = map.values(); 
  Iterator iterator = c.iterator(); 
  while(iterator.hasNext()) { 
    Object value = iterator.next(); 
 }

Map.Entry是Map內(nèi)部定義的一個(gè)接口，專門用來保存key→value的內(nèi)容。Map.Entry的定義如下：

1. public static interface Map.Entry<K,V>

Map.Entry是使用static關(guān)鍵字聲明的內(nèi)部接口，此接口可以由外部通過"外部類.內(nèi)部類"的形式直接調(diào)用。
Map.Entry接口的常用方法

從之前的內(nèi)容可以知道，在Map的操作中，所有的內(nèi)容都是通過key→value的形式保存數(shù)據(jù)的，那么對(duì)于集合來講，實(shí)際上是將key→value的數(shù)據(jù)保存在了Map.Entry的實(shí)例之后，再在Map集合中插入的是一個(gè)Map.Entry的實(shí)例化對(duì)象，如下圖所示。 

提示：Map.Entry在集合輸出時(shí)會(huì)使用到。

在一般的Map操作中（例如，增加或取出數(shù)據(jù)等操作）不用去管Map.Entry接口，但是在將Map中的數(shù)據(jù)全部輸出時(shí)就必須使用Map.Entry接口

• HashMap 的存儲(chǔ)示意

• HashMap 的讀取實(shí)現(xiàn)（）

當(dāng) HashMap 的每個(gè) bucket 里存儲(chǔ)的 Entry 只是單個(gè) Entry ——也就是沒有通過指針產(chǎn)生 Entry 鏈時(shí)，此時(shí)的 HashMap 具有最好的性能：當(dāng)程序通過 key 取出對(duì)應(yīng) value 時(shí)，系統(tǒng)只要先計(jì)算出該 key 的 hashCode() 返回值，在根據(jù)該 hashCode 返回值找出該 key 在 table 數(shù)組中的索引，然后取出該索引處的 Entry，最后返回該 key 對(duì)應(yīng)的 value 即可?？?HashMap 類的 get(K key) 方法代碼：

 public V get(Object key) 
 { 
 // 如果 key 是 null，調(diào)用 getForNullKey 取出對(duì)應(yīng)的 value 
 if (key == null) 
 return getForNullKey(); 
 // 根據(jù)該 key 的 hashCode 值計(jì)算它的 hash 碼
 int hash = hash(key.hashCode()); 
 // 直接取出 table 數(shù)組中指定索引處的值，
 for (Entry<K,V> e = table[indexFor(hash, table.length)]; 
 e != null; 
 // 搜索該 Entry 鏈的下一個(gè) Entr 
 e = e.next) // ①
 { 
 Object k; 
 // 如果該 Entry 的 key 與被搜索 key 相同
 if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key 
 || key.equals(k))) 
 return e.value; 
 } 
 return null; 
 }

從上面代碼中可以看出，如果 HashMap 的每個(gè) bucket 里只有一個(gè) Entry 時(shí)，HashMap 可以根據(jù)索引、快速地取出該 bucket 里的 Entry；在發(fā)生“Hash 沖突”的情況下，單個(gè) bucket 里存儲(chǔ)的不是一個(gè) Entry，而是一個(gè) Entry 鏈，系統(tǒng)只能必須按順序遍歷每個(gè) Entry，直到找到想搜索的 Entry 為止——如果恰好要搜索的 Entry 位于該 Entry 鏈的最末端（該 Entry 是最早放入該 bucket 中），那系統(tǒng)必須循環(huán)到最后才能找到該元素。
歸納起來簡單地說，HashMap 在底層將 key-value 當(dāng)成一個(gè)整體進(jìn)行處理，這個(gè)整體就是一個(gè) Entry 對(duì)象。HashMap 底層采用

一個(gè) Entry[] 數(shù)組來保存所有的 key-value 對(duì)，當(dāng)需要存儲(chǔ)一個(gè) Entry 對(duì)象時(shí)，會(huì)根據(jù) Hash 算法來決定其存儲(chǔ)位置；當(dāng)需要取出一個(gè) Entry 時(shí)，也會(huì)根據(jù) Hash 算法找到其存儲(chǔ)位置，直接取出該 Entry。由此可見：HashMap 之所以能快速存、取它所包含的 Entry，完全類似于現(xiàn)實(shí)生活中母親從小教我們的：不同的東西要放在不同的位置，需要時(shí)才能快速找到它。
當(dāng)創(chuàng)建 HashMap 時(shí)，有一個(gè)默認(rèn)的負(fù)載因子（load factor），其默認(rèn)值為 0.75，這是時(shí)間和空間成本上一種折衷：增大負(fù)載因子可以減少 Hash 表（就是那個(gè) Entry 數(shù)組）所占用的內(nèi)存空間，但會(huì)增加查詢數(shù)據(jù)的時(shí)間開銷，而查詢是最頻繁的的操作（HashMap 的 get() 與 put() 方法都要用到查詢）；減小負(fù)載因子會(huì)提高數(shù)據(jù)查詢的性能，但會(huì)增加 Hash 表所占用的內(nèi)存空間。

掌握了上面知識(shí)之后，我們可以在創(chuàng)建 HashMap 時(shí)根據(jù)實(shí)際需要適當(dāng)?shù)卣{(diào)整 load factor 的值；如果程序比較關(guān)心空間開銷、內(nèi)存比較緊張，可以適當(dāng)?shù)卦黾迂?fù)載因子；如果程序比較關(guān)心時(shí)間開銷，內(nèi)存比較寬裕則可以適當(dāng)?shù)臏p少負(fù)載因子。通常情況下，程序員無需改變負(fù)載因子的值。

如果開始就知道 HashMap 會(huì)保存多個(gè) key-value 對(duì)，可以在創(chuàng)建時(shí)就使用較大的初始化容量，如果 HashMap 中 Entry 的數(shù)量一直不會(huì)超過極限容量（capacity * load factor），HashMap 就無需調(diào)用 resize() 方法重新分配 table 數(shù)組，從而保證較好的性能。當(dāng)然，開始就將初始容量設(shè)置太高可能會(huì)浪費(fèi)空間（系統(tǒng)需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)長度為 capacity 的 Entry 數(shù)組），因此創(chuàng)建 HashMap 時(shí)初始化容量設(shè)置也需要小心對(duì)待。

以上所述是小編給大家介紹的HashMap工作原理，希望對(duì)大家有所幫助，如果大家有任何疑問請(qǐng)給我留言，小編會(huì)及時(shí)回復(fù)大家的。在此也非常感謝大家對(duì)腳本之家網(wǎng)站的支持！

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