JAVA 集合類的認識（3） HashMap

abstractmap 中的內部類

hashmap 是乙個採用雜湊表實現的鍵值對集合，繼承自 abstractmap，實現了 map 介面。

hashmap 的特殊儲存結構使得在獲取指定元素前需要經過雜湊運算，得到目標元素在雜湊表中的位置，然後再進行少量比較即可得到元素，這使得 hashmap 的查詢效率極高。

當發生雜湊衝突（碰撞）的時候，hashmap 採用拉鍊法進行解決，因此 hashmap 的底層實現是陣列+鍊錶

除了不允許 null 並且同步，hashtable 幾乎和他一樣

static final int default_initial_capacity = 1 << 4;

預設載入因子的大小：0.75，可不是隨便的，結合時間和空間效率考慮得到的

static final float default_load_factor = 0.75f;

最大容量： 2^ 30 次方

static final int maximum_capacity = 1 << 30;

雜湊表的載入因子

final float loadfactor;

當前 hashmap 修改的次數，這個變數用來保證 fail-fast 機制

transient int modcount;

閾值，下次需要擴容時的值，等於 容量*載入因子

int threshold;

樹形閾值：jdk 1.8 新增的，當使用 樹 而不是列表來作為桶時使用。必須必 2 大

static final int treeify_threshold = 8;

非樹形閾值：也是 1.8 新增的，擴容時**乙個樹形桶的閾值，要比 treeify_threshold 小

static final int untreeify_threshold = 6;

樹形最小容量：桶可能是樹的雜湊表的最小容量。至少是 treeify_threshold 的 4 倍，這樣能避免擴容時的衝突

static final int min_treeify_capacity = 64;

快取的 鍵值對集合（另外兩個檢視：keyset 和 values 是在 abstractmap 中宣告的）

transient set> entryset;

雜湊表中的鍊錶陣列

transient node table;

鍵值對的數量

final float loadfactor;

由於 hashmap 擴容開銷很大（需要建立新陣列、重新雜湊、分配等等），因此與擴容相關的兩個因素

以上兩個因素成為了 hashmap 最重要的部分之一，它們決定了 hashmap 什麼時候擴容。

hashmap 的預設載入因子為 0.75，這是在時間、空間兩方面均衡考慮下的結果：

- 載入因子太大的話發生衝突的可能就會大，查詢的效率反而變低

- 太小的話頻繁 rehash，導致效能降低

transient node table;

static class nodeimplements map.entry

public
final k getkey()        
public
final v getvalue()      
public
final string tostring() 
public
final
inthashcode() 
public
final v setvalue(v newvalue) 
public
final
boolean
equals(object o) 
return
false;
}}

//新增指定的鍵值對到 map 中，如果已經存在，就替換

public v put(k key, v value) 
final v putval(int hash, k key, v value, boolean onlyifabsent,
boolean evict) 
//如果找到要替換的節點，就停止，此時 e 已經指向要被替換的節點
if (e.hash == hash &&
((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
break;
p = e;}}
//存在要替換的節點
if (e != null) 
}++modcount;
//如果超出閾值，就得擴容
if (++size > threshold)
resize();
afternodeinsertion(evict);
return
null;
}

先呼叫 hash() 方法計算雜湊值

然後呼叫 putval() 方法中根據雜湊值進行相關操作

如果當前雜湊表內容為空，新建乙個雜湊表

如果要插入的桶中沒有元素，新建個節點並放進去

否則從桶中第乙個元素開始查詢雜湊值對應位置

如果桶中第乙個元素的雜湊值和要新增的一樣，替換，結束查詢

如果第乙個元素不一樣，而且當前採用的還是 jdk 8 以後的樹形節點，呼叫 puttreeval() 進行插入

否則還是從傳統的鍊錶陣列中查詢、替換，結束查詢

當這個桶內鍊錶個數大於等於 8，就要呼叫 treeifybin() 方法進行樹形化

最後檢查是否需要擴容

關鍵方法

hashmap 中的雜湊函式: hash()

hashmap 中通過將傳入鍵的 hashcode 進行無符號右移 16 位，然後進行按位異或，得到這個鍵的雜湊值。

static

final
int hash(object key)

每次新增時會比較當前元素個數和閾值：

if (++size > threshold)

resize();

hashmap 中的獲取方法: get()

時間複雜度一般跟鍊錶長度有關，因此雜湊演算法越好，元素分布越均勻，get() 方法就越快，不然遍歷一條長鍊表，太慢了。

不過在 jdk 1.8 以後 hashmap 新增了紅黑樹節點，優化這種極端情況下的效能問題。

當多執行緒併發訪問乙個雜湊表時，需要在外部進行同步操作，否則會引發資料不同步問題。

你可以選擇加鎖，也可以考慮用 collections.synchronizedmap 包一層，變成個執行緒安全的 map

// 最好在初始化時就這麼做。

map m = collections.synchronizedmap(new hashmap(...));

當 hashmap 中有大量的元素都存放到同乙個桶中時，這時候雜湊表裡只有乙個桶，這個桶下有一條長長的鍊錶，這個時候 hashmap 就相當於乙個單鏈表，假如單鏈表有 n 個元素，遍歷的時間複雜度就是 o(n)，完全失去了它的優勢。

針對這種情況，jdk 1.8 中引用了 紅黑樹（時間複雜度為 o(logn)） 優化這個問題。

hashmap 的新增、獲取時需要通過 key 的 hashcode() 進行 hash()，然後計算下標 ( n-1 & hash)，從而獲得要找的同的位置。

當發生衝突（碰撞）時，利用 key.equals() 方法去鍊錶或樹中去查詢對應的節點。

在 jdk 1.8 的實現中，是通過 hashcode() 的高16位異或低16位實現的：(h = k.hashcode()) ^ (h >>> 16)

主要是從速度、功效、質量 來考慮的，這麼做可以在桶的 n 比較小的時候，保證高低 bit 都參與到 hash 的計算中，同時位運算不會有太大的開銷。

JAVA 集合類的認識（2） Map 介面

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