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給面試官講解hashmap底層原理后，他表示很看好我

猿友 2020-08-20 17:40:03 瀏覽數(shù) (4524)
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作為一名程序員，你面試的時候肯定被問過HashMap這個知識點，它的基本實現(xiàn)原理是每個面試者都該掌握的，當我們熟練的掌握了HashMap 的內部實現(xiàn)原理。面對面試官的詢問，就能應答自如，接下來小編將帶大家了解 JDK7 版本的 HashMap基礎及其實現(xiàn)原理。

一、 HashMap介紹

HashMap簡介: HashMap 是一個散列表，它存儲的內容是鍵值對(key-value)映射。 HashMap 繼承于AbstractMap，實現(xiàn)了Map、Cloneable、java.io.Serializable接口。 HashMap 的實現(xiàn)不是同步的，這意味著它不是線程安全的。它的key、value都可以為null。此外，HashMap中的映射不是有序的。 HashMap 的實例有兩個參數(shù)影響其性能：“初始容量” 和 “加載因子”。容量 是哈希表中桶的數(shù)量，初始容量 只是哈希表在創(chuàng)建時的容量。加載因子 是哈希表在其容量自動增加之前可以達到多滿的一種尺度。當哈希表中的條目數(shù)超出了加載因子與當前容量的乘積時，則要對該哈希表進行rehash操作（即重建內部數(shù)據結構），從而哈希表將具有大約兩倍的桶數(shù)。 通常，默認加載因子是 0.75, 這是在時間和空間成本上尋求一種折衷。加載因子過高雖然減少了空間開銷，但同時也增加了查詢成本（在大多數(shù) HashMap 類的操作中，包括 get 和 put 操作，都反映了這一點）。在設置初始容量時應該考慮到映射中所需的條目數(shù)及其加載因子，以便最大限度地減少 rehash 操作次數(shù)。如果初始容量大于最大條目數(shù)除以加載因子，則不會發(fā)生 rehash 操作。

HashMap的繼承關系:

HashMap的繼承關系

HashMap與Map關系如下圖：

HashMap與Map關系

HashMap的構造函數(shù)

HashMap共有4個構造函數(shù),如下：

// 默認構造函數(shù)。
HashMap()
// 指定“容量大小”的構造函數(shù)
HashMap(int capacity)
// 指定“容量大小”和“加載因子”的構造函數(shù)
HashMap(int capacity, float loadFactor)
// 包含“子Map”的構造函數(shù)
HashMap(Map<? extends K, ? extends V> map)

二、JDK7 中 HashMap 底層原理

HashMap 在 JDK7 或者 JDK8 中采用的基本存儲結構都是數(shù)組+鏈表形式。本節(jié)主要是研究 HashMap 在 JDK7 中的底層實現(xiàn)，其基本結構圖如下所示：

HashMap基本結構圖

上圖中左邊橙色區(qū)域是哈希表，右邊藍色區(qū)域為鏈表，鏈表中的元素類型為 Entry，它包含四個屬性分別是：

  • K key
  • V value
  • int hash
  • Entry next

那么為什么會出現(xiàn)數(shù)組+鏈表形式的存儲結構呢？這里簡單地闡述一下，后續(xù)將以源碼的形式詳細介紹。 我們在使用 HashMap.put("Key", "Value")方法存儲數(shù)據的時候，底層實際是將key 和 value 以 Entry的形式存儲到哈希表中，哈希表是一個數(shù)組，那么它是如何將一個 Entry 對象存儲到數(shù)組中呢？是如何確定當前 key 和 value 組成的 Entry 該存到數(shù)組的哪個位置上，換句話說是如何確定 Entry 對象在數(shù)組中的索引的呢？通常情況下，我們在確定數(shù)組的時候，都是在數(shù)組中挨個存儲數(shù)據，直到數(shù)組全滿，然后考慮數(shù)組的擴容，而 HashMap 并不是這么操作的。在 Java 及大多數(shù)面向對象的編程語言中，每個對象都有一個整型變量 hashcode，這個 hashcode 是一個很重要的標識，它標識著不同的對象，有了這個 hashcode，那么就很容易確定 Entry 對象的下標索引了，在 Java 語言中，可以理解 hashcode 轉化為數(shù)組下標是按照數(shù)組長度取模運算的，基本公式如下所示：

int index = HashCode(key) % Array.length

實際上，在 JDK 中哈希函數(shù)并沒有直接采取取模運算，而是利用了位運算的方式來提高性能，在這里我們理解為簡單的取模運算。 我們知道了對 Key 進行哈希運算然后對數(shù)組長度進行取模就可以得到當前 Entry 對象在數(shù)組中的下標，那么我們可以一直調用 HashMap 的put 方法持續(xù)存儲數(shù)據到數(shù)組中。但是存在一種現(xiàn)象，那就是根據不同的 Key 計算出來的結果有可能會完全相同，這種現(xiàn)象叫作“哈希沖突”。既然出現(xiàn)了哈希沖突，那么發(fā)生沖突的這個數(shù)據該如何存儲呢？哈希沖突其實是無法避免的一個事實，既然無法避免，那么就應該想辦法來解決這個問題，目前常用的方法主要是兩種，一種是開放尋址法，另外一種是鏈表法。 開放尋址法是原理比較簡單，就是在數(shù)組里面“另謀高就”，嘗試尋找下一個空檔位置。而鏈表法則不是尋找下一個空檔位置，而是繼續(xù)在當前沖突的地方存儲，與現(xiàn)有的數(shù)據組成鏈表，以鏈表的形式進行存儲。HashMap 的存儲形式是數(shù)組+鏈表就是采用的鏈表法來解決哈希沖突問題的。具體的詳細說明請繼續(xù)往下看。 在日常開發(fā)中，開發(fā)者對于 HashMap 使用的最多的就是它的構造方法、put 方法以及get 方法了，下面就開始詳細地從這三個方法出發(fā)，深入理解HashMap 的實現(xiàn)原理。

三、HashMap put、get 方法流程圖

這里提供一個 HashMap 的 put 方法存儲數(shù)據的流程圖供讀者參考：

put 方法存儲數(shù)據的流程圖

這里提供一個 HashMap 的 get 方法獲取數(shù)據的流程圖供讀者參考：

get 方法獲取數(shù)據的流程圖

上面中 get 流程圖畫得稍微比正常的要復雜一些，只是為了描述流程更加清晰。

四、常見的 HashMap 的迭代方式

在實際開發(fā)過程中，我們對于 HashMap 的迭代遍歷也是常見的操作，HashMap 的迭代遍歷常用方式有如下幾種：

  • 方式一：迭代器模式

Map<String, String> map = new HashMap<>(16);
Iterator<Map.Entry<String, String>> iterator = map.entrySet().iterator();
while (iterator.hasNext()) {
    Map.Entry<String, String> next = iterator.next();
    System.out.println(next.getKey() + ":" + next.getValue());
}

  • 方式二：遍歷 Set>方式

Map<String, String> map = new HashMap<>(16);
for (Map.Entry<String, String> entry : map.entrySet()) {
    System.out.println(entry.getKey() + ":" + entry.getValue());
}

  • 方式三：forEach 方式（JDK8 特性，lambda）

Map<String, String> map = new HashMap<>(16);
map.forEach((key, value) -> System.out.println(key + ":" + value));

  • 方式四：keySet 方式

Map<String, String> map = new HashMap<>(16);
Iterator<String> keyIterator = map.keySet().iterator();
while (keyIterator.hasNext()) {
    String key = keyIterator.next();
    System.out.println(key + ":" + map.get(key));
}

（推薦微課：Java微課）

把這四種方式進行比較，前三種其實屬于同一種，都是迭代器遍歷方式，如果要同時使用到 key 和 value，推薦使用前三種方式，如果僅僅使用到 key，那么推薦使用第四種。

文章來源：www.toutiao.com/a6862688709423137294/

以上就是W3Cschool編程獅關于hashmap底層原理的相關介紹了，希望對大家有所幫助。

Java 編程基礎

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