java HashMap底层数据结构

时间：2022-12-17 16:17:33

java 的HashMap底层数据结构

转自：http://blog.csdn.net/foxman209/article/details/6787881

深入解析HashMap类的底层数据结构

Map接口
　　Map没有继承Collection接口，Map提供key到value的映射。一个Map中不能包含相同的key，每个key只能映射一个 value。Map接口提供3种集合的视图，Map的内容可以被当作一组key集合，一组value集合，或者一组key-value映射。

 

Hashtable类
　　Hashtable继承Map接口，实现一个key-value映射的哈希表。任何非空（non-null）的对象都可作为key或者value。添加数据使用put(key, value)，取出数据使用get(key)，这两个基本操作的时间开销为常数。
   

    Hashtable通过initial capacity和load factor两个参数调整性能。通常缺省的load factor 0.75较好地实现了时间和空间的均衡。增大load factor可以节省空间但相应的查找时间将增大，这会影响像get和put这样的操作。
使用Hashtable的简单示例如下，将1，2，3放到Hashtable中，他们的key分别是”one”，”two”，”three”：
　　　　Hashtable numbers = new Hashtable();
　　　　numbers.put(“one”, new Integer(1));
　　　　numbers.put(“two”, new Integer(2));
　　　　numbers.put(“three”, new Integer(3));
　　要取出一个数，比如2，用相应的key：
　　　　Integer n = (Integer)numbers.get(“two”);
　　　　System.out.println(“two = ” + n);

 
1.    HashMap概述：
   HashMap是基于哈希表的Map接口的非同步实现。此实现提供所有可选的映射操作，并允许使用null值和null键。此类不保证映射的顺序，特别是它不保证该顺序恒久不变。
 
2.    HashMap的数据结构：
    HashMap实际上是一个“链表散列”的数据结构，即数组和链表的结合体。首先，HashMap类的属性中定义了Entry类型的数组。Entry类实现java.ultil.Map.Entry接口，同时每一对key和value是作为Entry类的属性被包装在Entry的类中。
 

如图所示，HashMap的数据结构：

java HashMap底层数据结构
 

 

 

   HashMap的部分源码如下：

Java代码  java HashMap底层数据结构
  1. /** 
  2.  * The table, resized as necessary. Length MUST Always be a power of two. 
  3.  */  
  4.   
  5. transient Entry[] table;  
  6.    
  7. static class Entry<K,V> implements Map.Entry<K,V> {  
  8.     final K key;  
  9.     V value;  
  10.     Entry<K,V> next;  
  11.     final int hash;  
  12.     ……  
  13. }  

 
    可以看出，HashMap底层就是一个数组结构，数组中的每一项又是一个链表。当新建一个HashMap的时候，就会初始化一个数组。table数组的元素是Entry类型的。每个 Entry元素其实就是一个key-value对，并且它持有一个指向下一个 Entry元素的引用，这就说明table数组的每个Entry元素同时也作为某个Entry链表的首节点，指向了该链表的下一个Entry元素，这就是所谓的“链表散列”数据结构，即数组和链表的结合体。


 
3.    HashMap的存取实现：


   1) 添加元素：

当我们往HashMap中put元素的时候，先根据key的重新计算元素的hashCode，根据hashCode得到这个元素在table数组中的位置（即下标），如果数组该位置上已经存放有其他元素了，那么在这个位置上的元素将以链表的形式存放，新加入的放在链头，最先加入的放在链尾。如果数组该位置上没有元素，就直接将该元素放到此数组中的该位置上。

HashMap的部分源码如下：

Java代码  java HashMap底层数据结构
  1. public V put(K key, V value) {  
  2.    // HashMap允许存放null键和null值。  
  3.    // 当key为null时，调用putForNullKey方法，将value放置在数组第一个位置。  
  4.    if (key == null)  
  5.        return putForNullKey(value);  
  6.    // 根据key的keyCode重新计算hash值。  
  7.    int hash = hash(key.hashCode());  
  8.    // 搜索指定hash值在对应table中的索引。  
  9.    int i = indexFor(hash, table.length);  
  10.    // 如果 i 索引处的 Entry 不为 null，通过循环不断遍历 e 元素的下一个元素。  
  11.    for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) {  
  12.        Object k;  
  13.       // 如果发现 i 索引处的链表的某个Entry的hash和新Entry的hash相等且两者的key相同，则新Entry覆盖旧Entry，返回。  
  14.        if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {  
  15.            V oldValue = e.value;  
  16.            e.value = value;  
  17.            e.recordAccess(this);  
  18.            return oldValue;  
  19.        }  
  20.    }  
  21.    // 如果i索引处的Entry为null，表明此处还没有Entry。  
  22.    modCount++;  
  23.    // 将key、value添加到i索引处。  
  24.    addEntry(hash, key, value, i);  
  25.    return null;  

 

 2) 读取元素：

有了上面存储时的hash算法作为基础，理解起来这段代码就很容易了。从上面的源代码中可以看出：从HashMap中get元素时，首先计算key的hashCode，找到数组中对应位置的某一元素，然后通过key的equals方法在对应位置的链表中找到需要的元素。

HashMap的部分源码如下：

Java代码  java HashMap底层数据结构
  1. public V get(Object key) {  
  2.     if (key == null)  
  3.         return getForNullKey();  
  4.     int hash = hash(key.hashCode());  
  5.     for (Entry<K,V> e = table[indexFor(hash, table.length)];  
  6.         e != null;  
  7.         e = e.next) {  
  8.         Object k;  
  9.         if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k)))  
  10.             return e.value;  
  11.     }  
  12.     return null;  
  13. }  

  
   
  
   3) 归纳起来简单地说，HashMap 在底层将 key-value 当成一个整体进行处理，这个整体就是一个 Entry 对象。HashMap 底层采用一个 Entry[] 数组来保存所有的 key-value 对，当需要存储一个 Entry 对象时，会根据hash算法来决定其在数组中的存储位置，在根据equals方法决定其在该数组位置上的链表中的存储位置；当需要取出一个Entry时，也会根据hash算法找到其在数组中的存储位置，再根据equals方法从该位置上的链表中取出该Entry。
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