HashMap實現原理及常見問題

hashmap是基於雜湊表的map介面的實現，用來存放鍵值對（entry），並提供可選的對映操作。使用put(key,value)儲存物件到hashmap中,使用get(key)從hashmap中獲取物件。

hashmap的底層是由陣列加鍊表實現的，是乙個雜湊桶，因為對鍊錶頭部進行增刪操作，所以也稱為棧式鏈結構。鍊錶由 entry物件作為結點，我們把儲存該鍊錶的陣列位置稱之為桶，那麼桶數量就等於陣列的長度。存放資料時時通過key的hashcode來計算hash，得到的hash作為陣列的索引（也就是桶位置）存放物件，當hashcode相同時，則稱之為雜湊衝突，也可稱為「碰撞」。此時通過「拉鍊法」解決衝突。

//entry原始碼
static class nodeimplements map.entry
public final k getkey()        
public final v getvalue()      
public final string tostring()

補充：在jdk1.8版本之後，在解決雜湊衝突時有了較大的變化，當鍊表長度大於閾值（預設為8）時，將鍊錶轉化為紅黑樹，以減少搜尋時間。

下面由訪問資料的過程進行原理分析：

(1) put(key,value)

在使用put方法傳遞 entry時,會對key呼叫hashcode()方法,接著會對得到的雜湊值再次進行計算，以jdk1.8版本為例，源**如下。

static
final
inthash(object key)

從這裡我們可以看出hash方法對key呼叫hashcode()方法，將得到的雜湊值高16位不變，高16位與低16位進行異或運算。這樣的目的是通過對雜湊值的擾動，盡可能減少碰撞的發生。

此時的雜湊值還不能作為陣列的索引來存放資料，最後還會對擾動後的hash與（陣列長度-1）進行取模運算，即(n - 1) & hash 這裡n為陣列長度，假設n為16 那麼(n-1)的二進位制為1111，將之與hash進行與位運算，1111擷取hash後四位，並保證只是擷取操作，擷取後的hash與擷取前的hash後四位相同，這就保證最後得到的hash能作為索引使資料在陣列長度內盡可能均勻分布，減少碰撞，這種方式和hash%n取餘的結果差不多又不太一樣，通俗點將，取模操作要求n-1的二進位制是111...都是1這種形式，也就必須要求n的值必須為2的次冪，這也解釋了為什麼hashmap規定陣列的長度必須是2的次冪的原因。

重複上述：使用put方法傳遞 entry時,會對key計算hash索引，先判斷陣列table[hash]是否為null，若為null 則入entry，若不為空，就說明發生了碰撞，此時要存入的entry物件的key和桶中的entr

y物件的key

的hash相同，但是它們可能並不相等，所以會呼叫equals方法將要存入的key與桶中的key

一一比對，若均不相等，則存入entry(頭插入法)

，如果相等,會覆蓋原來的entry

.這種解決碰撞的方式就是前面所說的「拉鍊法」。

通過對儲存過程的原理分析，那獲取資料就簡單了，在呼叫get(key)方法時，同樣計算key的hash，通過計算好的hash找到桶位置，然後遍歷鍊錶通過key.equals方法直到找到value值。

（1）關於擴容：

loadfactor：預設0.75f,代表桶填充程度，loadfactor越趨近於1，那麼陣列中存放的資料(entry)也就越多，也就越密，也就是會讓鍊錶的長度增加，導致查詢元素效率低，loadfactor越趨近於0，陣列的利用率越低，存放的資料會很分散。loadfactor的預設值為0.75f是官方給出的乙個比較好的臨界值。

capacity: 陣列長度，必須為2的次冪，預設為16。hashmap構造中可指定初始長度，會通過乙個演算法轉化成2的次冪

threshold： threshold = capacity * loadfactor，當entry的數量》=threshold的時候，那麼就要考慮對陣列的擴容了，這個的意思就是衡量陣列是否需要擴增的乙個標準,擴容後,會重新對所有資料進行重新計算,重新存放,這個過程叫做rehash。

//hashmap保證陣列長度為2的次冪的演算法

static

final

int tablesizefor(int

cap)

（2）hashmap與hashtable主要區別為不支援同步和允許null作為key和value，所以如果你想要保證執行緒安全，可以使用concurrenthashmap代替而不是執行緒安全的hashtable，因為hashtable基本已經被淘汰。

（3）如果兩個執行緒都發現hashmap需要調整大小,它們會同時嘗試調整大小,在這個過程中,儲存在鍊錶中的元素次序會反過來,因為移動到新的桶位置的時候,

hashmap並不會將元素放在尾部,而是放在頭部,這是為了避免尾部遍歷,如果條件競爭發生,會發生死迴圈.（注：jdk1.8已經解決了死迴圈的問題。）

（4）key多用string的原因:string是final的,並且重寫了hashmap和equals方法,不可變可以防止鍵的改變,重寫那兩個方法可以減少碰撞的機率.

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