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HashMap 实现原理与源码分析

一、弄清楚HashMap 之前,先回答以下几个问题

1、HashMap 是线程安全的吗?

2、HashMap 数据结构是什么?

  • 数组、链表、红黑树

3、JDK8 对 HashMap 优化了哪块,为何要优化?

二、逐步来认识HashMap

1、数组

public class Array {

    /**
     * 删除 插入 慢 O(n)
     * 找到下标的查找 O(1)
     * java.util.ArrayList
     * @param args
     */
    public static void main(String[] args) {
        Integer[] integers = new Integer[10];
        integers[0] = 0;
        integers[1] = 1;
        integers[2] = 2;
        integers[3] = 3;
        integers[4] = 4;
    }
}

数组:采用一段连续的存储单元来存储数据。对于指定下标的查找,时间复杂度为O(1); 对于一般的插入删除操作,涉及到数组元素的移动,其平均复杂度为O(n)。

2、线性链表

public class Node {

    public Node next;
    private Object data;

    public Node(Object data){
        this.data = data;
    }

    /**
     * 新增、插入 时间复杂度O(1)
     * 查找时间复杂度O(n)
     * java.util.LinkedList
     * @param args
     */
    public static void main(String[] args) {
        Node node = new Node(1);
        node.next = new Node(2);
        node.next.next = new Node(3);
    }
}

线性链表:对于链表的新增、删除等操作(在找到指定操作位置后),仅需要处理结点间的引用即可,时间复杂度为O(1),而查找操作需要遍历链表逐一进行比对,复杂度为O(n)。

3、哈希hash

哈希算法(也叫散列),就是把任意长度值(key)通过散列算法变成固定长度的key地址,通过这个地址进行访问的数据结构。

它通过把关键码值映射到表中一个位置来访问记录,以加快查找的速度。

这个映射的函数也叫做散列函数,存放记录的数组叫做散列表。

100_1.png

4、理解HashMap 技术本质

public class App {

    public static void main(String[] args) {
        //Map<String,String> map = new HashMap();
        App map = new App();
        map.put("刘一","刘一");
        map.put("陈二","陈二");
        map.put("张三","张三");
        map.put("李四","李四");
        map.put("王五","张一");
        map.put("悟空","悟空");
    }

    /**
     * hash 算法 山寨
     * @param key
     * @param value
     */
    public void put(String key, String value){
        // HashMap默认数组长度为16
        System.out.printf("key:%s,hash值:%s,存储位置:%s\r\n",key,key.hashCode(),Math.abs(key.hashCode() % 6));
    }

输出结果:

key:刘一,hash值:671464,存储位置:4
key:陈二,hash值:1212740,存储位置:5
key:张三,hash值:774889,存储位置:4
key:李四,hash值:842061,存储位置:6
key:王五,hash值:937065,存储位置:0
key:悟空,hash值:798139,存储位置:4

分析HashMap 技术本质:

100_2.png

5、手写实现

定义接口:

/**
 * 定义一个接口
 * @param <K>
 * @param <V>
 */
public interface Map<K,V> {

    public V put(K k,V v);
    public V get(K k);
    public int size();
    public interface  Entry<K,V>{
        public K getKey();
        public V getValue();
    }
}

接口实现:

/**
 * <p>
 *  实现HashMap
 * </p>
 *
 * @author: org_hejianhui@163.com
 * @create: 2019-04-26 22:52
 * @see HashMap
 * @since JDK1.8
 */
public class HashMap<K, V> implements Map<K, V> {

    private Entry<K, V>[] tables = null;
    private static int defaultLengh = 16;
    private int size = 0;

    public HashMap() {
        this.tables = new Entry[defaultLengh];
    }

    public V put(K k, V v) {

        // hash 出来的hash值
        int index = hash(k);

        // 数组的长度 index 值 下标的位置
        Entry entry = tables[index];
        if (entry == null) {
            tables[index] = new Entry<>(k, v, null, index);
            size++;
        } else {
            tables[index] = new Entry<>(k, v, entry, index);
        }

        // 通过位置找到我们的table对应的Entry
        return tables[index].getValue();
    }

    public V get(K k) {
        if (size == 0)
            return null;
        // hash 出来的值
        int index = hash(k);

        Entry<K, V> entry = getEntry(k, index);
        return entry == null ? null : entry.getValue();

    }


    public int size() {
        return size;
    }

    class Entry<K, V> implements Map.Entry<K, V> {
        private K k;
        private V v;
        private Entry next;
        private int hash;

        public Entry(K k, V v, Entry next, int hash) {
            this.k = k;
            this.v = v;
            this.next = next;
            this.hash = hash;
        }

        public K getKey() {
            return k;
        }

        public V getValue() {
            return v;
        }
    }

    private int hash(K k) {
        int index = k.hashCode() & (defaultLengh - 1);
        return Math.abs(index);
    }

    private Entry<K, V> getEntry(K k, int index) {
        for (Entry e = tables[index]; e != null; e = e.next) {
            if (e.hash == index && (e.getKey() == k || e.getKey().equals(k))) {
                return e;
            }
        }
        return null;
    }
}

测试验证:

public static void main(String[] args) {
    //Map<String,String> map = new HashMap();
    //App map = new App();
    com.nuih.map.Map map = new com.nuih.map.HashMap();
    map.put("刘一","刘一");
    map.put("陈二","陈二");
    map.put("张三","张三");
    map.put("李四","李四");
    map.put("王五","张一");
    map.put("悟空","悟空");
    System.out.println(map.get("悟空"));
}

6、现在回答一下JDK8 对 HashMap 优化了哪块,为何要优化?

  • 原因是因为链表过长,解决平衡性,JDK8 引入红黑树来解决链表查找的速度,但同样也带来一个问题:插入变慢,它默认有个阀值默认8才会转变成红黑树,源码如下:100_3.png100_4.png
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