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java?中的HashMap的底層實(shí)現(xiàn)和元素添加流程

 更新時(shí)間:2022年05月09日 09:47:01   作者:??Java中文社群????  
這篇文章主要介紹了java?中的HashMap的底層實(shí)現(xiàn)和元素添加流程,HashMap?是使用頻率最高的數(shù)據(jù)類型之一,同時(shí)也是面試必問的問題之一,尤其是它的底層實(shí)現(xiàn)原理,下文更多詳細(xì)內(nèi)容,需要的小伙伴可以參考一下

前言:

HashMap 是使用頻率最高的數(shù)據(jù)類型之一,同時(shí)也是面試必問的問題之一,尤其是它的底層實(shí)現(xiàn)原理,既是常見的面試題又是理解 HashMap 的基石,所以重要程度不言而喻。

HashMap 底層實(shí)現(xiàn)

HashMap 在 JDK 1.7 和 JDK 1.8 的底層實(shí)現(xiàn)是不一樣的,在 JDK 1.7 中,HashMap 使用的是數(shù)組 + 鏈表實(shí)現(xiàn)的,而 JDK 1.8 中使用的是數(shù)組 + 鏈表或紅黑樹實(shí)現(xiàn)的

HashMap 在 JDK 1.7 中的實(shí)現(xiàn)如下圖所示: 

 HashMap 在 JDK 1.8 中的實(shí)現(xiàn)如下圖所示: 

 我們本文重點(diǎn)來學(xué)習(xí)主流版本 JDK 1.8 中的 HashMap。HashMap 中每個(gè)元素稱之為一個(gè)哈希桶(bucket),

哈希桶包含的內(nèi)容有 4 個(gè):

  • hash 值
  • key
  • value
  • next(下一個(gè)節(jié)點(diǎn))

HashMap 插入流程

HashMap 元素新增的實(shí)現(xiàn)源碼如下(下文源碼都是基于主流版本 JDK 1.8):

public V put(K key, V value) {
    // 對(duì) key 進(jìn)行哈希操作
    return putVal(hash(key), key, value, false, true);
}
final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,
               boolean evict) {
    Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, i;
    // 哈希表為空則創(chuàng)建表
    if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
        n = (tab = resize()).length;
    // 根據(jù) key 的哈希值計(jì)算出要插入的數(shù)組索引 i
    if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
        // 如果 table[i] 等于 null,則直接插入
        tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
    else {
        Node<K,V> e; K k;
        // 如果 key 已經(jīng)存在了,直接覆蓋 value
        if (p.hash == hash &&
            ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
            e = p;
        // 如果 key 不存在,判斷是否為紅黑樹
        else if (p instanceof TreeNode)
            // 紅黑樹直接插入鍵值對(duì)
            e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
        else {
            // 為鏈表結(jié)構(gòu),循環(huán)準(zhǔn)備插入
            for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
                // 下一個(gè)元素為空時(shí)
                if ((e = p.next) == null) {
                    p.next = newNode(hash, key, value, null);
                    // 轉(zhuǎn)換為紅黑樹進(jìn)行處理
                    if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st
                        treeifyBin(tab, hash);
                    break;
                }
                //  key 已經(jīng)存在直接覆蓋 value
                if (e.hash == hash &&
                    ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                    break;
                p = e;
            }
        }
        if (e != null) { // existing mapping for key
            V oldValue = e.value;
            if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
                e.value = value;
            afterNodeAccess(e);
            return oldValue;
        }
    }
    ++modCount;
    // 超過最大容量,擴(kuò)容
    if (++size > threshold)
        resize();
    afterNodeInsertion(evict);
    return null;
}

上述的源碼都添加了相應(yīng)的代碼注釋,簡單來說 HashMap 的元素添加流程是,先將 key 值進(jìn)行 hash 得到哈希值,根據(jù)哈希值得到元素位置,判斷元素位置是否為空,如果為空直接插入,不為空判斷是否為紅黑樹,如果是紅黑樹則直接插入,否則判斷鏈表是否大于 8,且數(shù)組長度大于 64,如果滿足這兩個(gè)條件則把鏈表轉(zhuǎn)成紅黑樹,然后插入元素,如果不滿足這兩個(gè)條件中的任意一個(gè),則遍歷鏈表進(jìn)行插入,

它的執(zhí)行流程如下圖所示: 

為什么要將鏈表轉(zhuǎn)紅黑樹?

JDK 1.8 中引入了新的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)紅黑樹來實(shí)現(xiàn) HashMap,主要是出于性能的考量。因?yàn)殒湵沓^一定長度之后查詢效率就會(huì)很低,它的時(shí)間復(fù)雜度是 O(n),而紅黑樹的時(shí)間復(fù)雜度是 O(logn),因此引入紅黑樹可以加快 HashMap 在數(shù)據(jù)量比較大的情況下的查詢效率。

哈希算法實(shí)現(xiàn)

HashMap 的哈希算法實(shí)現(xiàn)源碼如下:

static final int hash(Object key) {
    int h;
    return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
}

其中,key.hashCode() 是 Java 中自帶的 hashCode() 方法,返回一個(gè) int 類型的散列值,后面 hashCode 再右移 16 位,正好是 32bit 的一半,與自己本身做異或操作(相同為 0,不同為 1),主要是為了混合哈希值的高位和低位,增加低位的隨機(jī)性,這樣就實(shí)現(xiàn)了 HashMap 的哈希算法。

總結(jié)

HashMap 在 JDK 1.7 時(shí),使用的是數(shù)組 + 鏈表實(shí)現(xiàn)的,而在 JDK 1.8 時(shí),使用的是數(shù)組 + 鏈表或紅黑樹的方式來實(shí)現(xiàn)的,JDK 1.8 之所以引入紅黑樹主要是出于性能方面的考慮。HashMap 在插入時(shí),會(huì)判斷當(dāng)前鏈表的長度是否大于 8 且數(shù)組的長度大于 64,如果滿足這兩個(gè)條件就會(huì)把鏈表轉(zhuǎn)成紅黑樹再進(jìn)行插入,否則就是遍歷鏈表插入。

到此這篇關(guān)于java 中的HashMap的底層實(shí)現(xiàn)和元素添加流程的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Java中的HashMap內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家!

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