基于Java中最常用的集合类框架之HashMap(详解)

一、hashmap的概述

hashmap可以说是java中最常用的集合类框架之一,是java语言中非常典型的数据结构。

hashmap是基于哈希表的map接口实现的,此实现提供所有可选的映射操作。存储的是对的映射，允许多个null值和一个null键。但此类不保证映射的顺序，特别是它不保证该顺序恒久不变。

除了hashmap是非同步以及允许使用null外，hashmap 类与 hashtable大致相同。

此实现假定哈希函数将元素适当地分布在各桶之间，可为基本操作（get 和 put）提供稳定的性能。迭代collection 视图所需的时间与 hashmap 实例的“容量”（桶的数量）及其大小（键-值映射关系数）成比例。所以，如果迭代性能很重要，则不要将初始容量设置得太高（或将加载因子设置得太低）。

hashmap 的实例有两个参数影响其性能：初始容量 和加载因子。容量 是哈希表中桶的数量，初始容量只是哈希表在创建时的容量。加载因子 是哈希表在其容量自动增加之前可以达到多满的一种尺度。当哈希表中的条目数超出了加载因子与当前容量的乘积时，则要对该哈希表进行 rehash 操作（即重建内部数据结构），从而哈希表将具有大约两倍的桶数。

通常，默认加载因子 (0.75) 在时间和空间成本上寻求一种折衷。加载因子过高虽然减少了空间开销，但同时也增加了查询成本（在大多数 hashmap 类的操作中，包括 get 和 put 操作，都反映了这一点）。在设置初始容量时应该考虑到映射中所需的条目数及其加载因子，以便最大限度地减少 rehash 操作次数。如果初始容量大于最大条目数除以加载因子，则不会发生 rehash 操作。

注意，此实现不是同步的。 如果多个线程同时访问一个hashmap实例，而其中至少一个线程从结构上修改了列表，那么它必须保持外部同步。这通常是通过同步那些用来封装列表的 对象来实现的。但如果没有这样的对象存在，则应该使用{@link collections#synchronizedmap collections.synchronizedmap}来进行“包装”，该方法最好是在创建时完成，为了避免对映射进行意外的非同步操作。

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

二、构造函数

hashmap提供了三个构造函数：

hashmap()：构造一个具有默认初始容量 (16) 和默认加载因子 (0.75) 的空 hashmap。

hashmap(int initialcapacity)：构造一个带指定初始容量和默认加载因子 (0.75) 的空 hashmap。

hashmap(int initialcapacity, float loadfactor)：构造一个带指定初始容量和加载因子的空 hashmap。

这里提到了两个参数：初始容量，加载因子。这两个参数是影响hashmap性能的重要参数，其中容量表示哈希表中桶的数量，初始容量是创建哈希表时的容量，加载因子是哈希表在其容量自动增加之前可以达到多满的一种尺度，它衡量的是一个散列表的空间的使用程度，负载因子越大表示散列表的装填程度越高，反之愈小。对于使用链表法的散列表来说，查找一个元素的平均时间是o(1+a)，因此如果负载因子越大，对空间的利用更充分，然而后果是查找效率的降低；如果负载因子太小，那么散列表的数据将过于稀疏，对空间造成严重浪费。系统默认负载因子为0.75，一般情况下我们是无需修改的。

hashmap是一种支持快速存取的数据结构，要了解它的性能必须要了解它的数据结构。

三、数据结构

我们知道在java中最常用的两种结构是数组和模拟指针(引用)，几乎所有的数据结构都可以利用这两种来组合实现，hashmap也是如此。实际上hashmap是一个“链表散列”，如下是它数据结构：

// entry是单向链表。 它是 “hashmap链式存储法”对应的链表。 
// 实现了map.entry接口，即getkey(),getvalue(),setvalue(v value),equals(object o),hashcode()这些函数 
static class entry implements map.entry { 
 final k key; 
 v value; 
 // 指向下一个节点 
 entry next; 
 final int hash; 
 
 // 构造函数
 // 输入参数包括"哈希值(h)", "键(k)", "值(v)", "下一节点(n)" 
 entry(int h, k k, v v, entry n) { 
  value = v; 
  next = n; 
  key = k; 
  hash = h; 
 } 
 
 public final k getkey() { 
  return key; 
 } 
 public final v getvalue() { 
  return value; 
 } 
 public final v setvalue(v newvalue) { 
  v oldvalue = value; 
  value = newvalue; 
  return oldvalue; 
 } 
 // 判断两个entry是否相等 
 // 若两个entry的“key”和“value”都相等，则返回true。 
 // 否则，返回false 
 public final boolean equals(object o) { 
  if (!(o instanceof map.entry)) 
   return false; 
  map.entry e = (map.entry)o; 
  object k1 = getkey(); 
  object k2 = e.getkey(); 
  if (k1 == k2 || (k1 != null && k1.equals(k2))) { 
   object v1 = getvalue(); 
   object v2 = e.getvalue(); 
   if (v1 == v2 || (v1 != null && v1.equals(v2))) 
    return true; 
  } 
  return false; 
 } 
 // 实现hashcode() 
 public final int hashcode() { 
  return (key==null ? 0 : key.hashcode()) ^ 
    (value==null ? 0 : value.hashcode()); 
 } 
 public final string tostring() { 
  return getkey() + "=" + getvalue(); 
 } 
 // 当向hashmap中添加元素时，绘调用recordaccess()。 
 // 这里不做任何处理 
 void recordaccess(hashmap m) { 
 } 
 // 当从hashmap中删除元素时，绘调用recordremoval()。 
 // 这里不做任何处理 
 void recordremoval(hashmap m) { 
 } 
}

从上图我们可以看出hashmap底层实现还是数组，只是数组的每一项都是一条链。其中参数initialcapacity就代表了该数组的长度。下面为hashmap构造函数的源码：

// 找出“大于capacity”的最小的2的幂,使hash表的容量保持为2的次方倍
 // 算法的思想：通过使用逻辑运算来替代取余，这里有一个规律，就是当n为2的次方（power of two），那么x％n==x&(n-1)。
 static final int tablesizefor(int cap) {
  int n = cap - 1;
  n |= n >>> 1; // >>> 无符号右移,高位补0
  n |= n >>> 2; // a|=b的意思就是把a和b按位或然后赋值给a
  n |= n >>> 4;
  n |= n >>> 8;
  n |= n >>> 16;
  return (n < 0) ? 1 : (n >= maximum_capacity) ? maximum_capacity : n + 1;
 }
 // 构造一个带指定初始容量和加载因子的空hashmap
 public hashmap(int initialcapacity, float loadfactor) {
  if (initialcapacity < 0)
   throw new illegalargumentexception("illegal initial capacity: " + initialcapacity);
  if (initialcapacity > maximum_capacity)
   initialcapacity = maximum_capacity;
  if (loadfactor <= 0 || float.isnan(loadfactor))
   throw new illegalargumentexception("illegal load factor: " + loadfactor);
  this.loadfactor = loadfactor;
  this.threshold = tablesizefor(initialcapacity);
 }
 // 构造一个带指定初始容量和默认加载因子(0.75)的空 hashmap
 public hashmap(int initialcapacity) {
  this(initialcapacity, default_load_factor);
 }
 // 构造一个具有默认初始容量 (16)和默认加载因子 (0.75)的空 hashmap
 public hashmap() {
  this.loadfactor = default_load_factor; // all other fields defaulted
 }
 // 构造一个映射关系与指定 map相同的新 hashmap,容量与指定map容量相同，加载因子为默认的0.75
 public hashmap(map m) {
  this.loadfactor = default_load_factor;
  putmapentries(m, false);
 } 

从源码中可以看出，每次新建一个hashmap时，都会初始化一个table数组。table数组的元素为entry节点。

// entry是单向链表。 
 // 它是 “hashmap链式存储法”对应的链表。 
 // 它实现了map.entry 接口，即实现getkey(), getvalue(), setvalue(v value), equals(object o), hashcode()这些函数 
 static class entry implements map.entry { 
  final k key; 
  v value; 
  // 指向下一个节点 
  entry next; 
  final int hash; 
   // 构造函数。 
  // 输入参数包括"哈希值(h)", "键(k)", "值(v)", "下一节点(n)" 
  entry(int h, k k, v v, entry n) { 
   value = v; 
   next = n; 
   key = k; 
   hash = h; 
  } 
  ......
 }

其中entry为hashmap的内部类，它包含了键key、值value、下一个节点next，以及hash值，这是非常重要的，正是由于entry才构成了table数组的项为链表。

以上这篇基于java中最常用的集合类框架之hashmap(详解)就是小编分享给大家的全部内容了，希望能给大家一个参考，也希望大家多多支持。