HashMap底层原理

xiaweiqiang

一、存储结构

HashMap是数据结构散列表在Java中的实现版本,通过对键值进行哈希函数计算出键值对在散列表中的下标位置,可以快速访问到相应数据,时间复杂度为O(1)。

但因散列表数组长度有限,不同键值经过哈希函数计算出的下标位置可能一致,引发哈希冲突,为了解决这个问题,通常将哈希冲突的数据组成一个链表挂到散列表桶节点上,jdk7及以前版本都是如此处理,时间复杂度为O(n),结构如下图:

jdk7 HashMap存储结构

jdk8中对链表结构做了优化,在一定条件下将链表转为红黑树,提升查询效率。红黑树是一种二叉平衡树,时间复杂度为O(logn),结构如下图:

jdk8 HashMap存储结构

二、存取原理

put()方法
  1. 调用哈希函数hash(key)计算出键值key的哈希值hash,再用此哈希值hash和散列表长度-1 做与运算得到数组下标;
  2. 根据数组下标找到目标bucket,如果bucket上没有任何元素,就根据键值对创建一个新节点Node,赋值给该bucket上;
  3. 如果当前bucket上有链表,且头结点就匹配(哈希值hash相等,key值相同或equals相等),那么就将头结点上的值value替换;
  4. 若第2、3步不满足,当前bucket上的头结点是树结构结点类型TreeNode,则转为红黑树的插入操作;
  5. 若第2、3、4步都不满足,则对链表做遍历操作;

    ​ 1)若链表中有节点匹配,则做value替换;

    ​ 2)若没有结点匹配,则在链表末尾追加;(jdk7使用头插法,jdk8使用尾插法)

    ​ 3)检查链表长度是否超过TREEIFY_THRESHOLD(默认大小为8),若超过则执行红黑树转换操作;

  6. 以上操作执行完之后,再检查当前键值对的数量比例是否超过了负载因子,若超出,则进行扩容。
get()方法
  1. 根据key计算出hash值,进一步计算得到哈希表的目标下标index;
  2. 若目标bucket头结点匹配,就返回头结点的value;
  3. 若目标bucket上为红黑树,则在红黑树上查找;若不是红黑树,遍历链表;
  4. 若都没匹配到,返回null;

三、扩容

一般情况下,当键值对数量比例超过负载因子便会触发扩容。每次扩容后的容量都是之前容量的2倍。

四、线程不安全

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