HashMap原理(一) 概念和底层架构

HashMap在Java开发中使用的非常频繁,可以说仅次于String,可以和ArrayList并驾齐驱,准备用几个章节来梳理一下HashMap。我们还是从定义一个HashMap开始。

HashMap<String, Integer> mapData = new HashMap<>();

我们从此处进入源码,逐步揭露HashMap

/** * Constructs an empty <tt>HashMap</tt> with the default initial capacity * (16) and the default load factor (0.75). */ public HashMap() { this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR; // all other fields defaulted }

我们发现了两个变量loadFactor和DEFAULT_LOAD_FACTOR,从命名方式来看:因为没有接收到loadFactor参数,从而将某个默认值赋值给了loadFactor。这两变量到底是什么意思,还有无其他变量?

其实HashMap中定义的静态变量和成员变量很多,我们看一下

//静态变量 static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; // aka 16 static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30; static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f; static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8; static final int UNTREEIFY_THRESHOLD = 6; static final int MIN_TREEIFY_CAPACITY = 64; //成员变量 transient Node<K,V>[] table; transient Set<Map.Entry<K,V>> entrySet; transient int size; transient int modCount; int threshold; final float loadFactor;

共有6个静态变量,都设置了初始值,且被final修饰,叫常量更合适,它们的作用其实也能猜出来,就是用于成员变量的默认值设定以及方法中相关的条件判断等情况。

共有6个成员变量,除这些成员变量外,还有一个重要概念capacity,我们主要说一下table,entrySet,capacity, size,threshold,loadFactor,我们我们简单解释一下它们的作用。

1. table变量

table变量为HashMap的底层数据结构,用于存储添加到HashMap中的Key-value对,是一个Node数组,Node是一个静态内部类,一种数组和链表相结合的复合结构,我们看一下Node类:

static class Node<K,V> implements Map.Entry<K,V> { final int hash; final K key; V value; Node<K,V> next; Node(int hash, K key, V value, Node<K,V> next) { this.hash = hash; this.key = key; this.value = value; this.next = next; } public final K getKey() { return key; } public final V getValue() { return value; } public final String toString() { return key + "=" + value; } public final int hashCode() { return Objects.hashCode(key) ^ Objects.hashCode(value); } public final V setValue(V newValue) { V oldValue = value; value = newValue; return oldValue; } public final boolean equals(Object o) { if (o == this) return true; if (o instanceof Map.Entry) { Map.Entry<?,?> e = (Map.Entry<?,?>)o; if (Objects.equals(key, e.getKey()) && Objects.equals(value, e.getValue())) return true; } return false; } }

若以乘机做比喻的话,那么你买票的身份证号就是(key),通过hash算法生成的(hash)值就相当于值机后得到的航班座位号;你自己自然就是(value),你旁边的座位、人就是下一个Node(next);这样的一个座位整体(包括所坐人员及其身份证号、座位号)就是一个table,这许多的table的构建的Node[] table,就构成了本次航班任务。

那么为什么要用到数组和链表结合的数据结构?

我们知道数组和链表都有其各自的优点和缺点,数组连续存储,寻址容易,插入删除操作相对困难;而链表离散存储,寻址相对困难,而插入删除操作容易;而HashMap结合了这两种数据结构,保留了各自的优点,又弥补了各自的缺点,当然链表长度太长的话,在JDK8中会转化为红黑树,红黑树在后面的TreeMap章节在讲解。

HashMap的结构图如下:

HashMap原理(一) 概念和底层架构

怎么解释这种结构呢?

还是以乘机为例来说明,假如购票系统比较人性化并取消了值机操作,购票按照年龄段进行了区分,方便大家旅途沟通交流,于是20岁以下共6个人的分为了一组在20A~20F,20~30岁共6个人分为一组在21A~21F,30~40岁共6个人分为一组在22A~22F,40~50岁共6个人分为一组在23A~23F。

这时我们如果要找20几岁的小姐姐,我们很容易知道去21排找,从21A开始往下找,应该就能很快找到。

从数据的角度看,按年龄段分组(通过hash算法得到hash值,不同年龄段hash值不同,相同年龄段hash值相同)后,将各年龄段中第一个坐到座位上的人放到数组table中,下一个人来的时候,将第一个人往里面挪,自己在数组里,并将next指向第一个人。

2. entrySet变量

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