HashMap 底层分析

以下基于 JDK1.7 分析。

如图所示，HashMap 底层是基于数组和链表实现的。其中有两个重要的参数：

容量
负载因子

容量的默认大小是 16，负载因子是 0.75，当 HashMap 的 size > 16*0.75 时就会发生扩容(容量和负载因子都可以自由调整)。

put 方法

首先会将传入的 Key 做 hash 运算计算出 hashcode,然后根据数组长度取模计算出在数组中的 index 下标。

由于在计算中位运算比取模运算效率高的多，所以 HashMap 规定数组的长度为 2<sup>n 。这样用 2</sup>n - 1 做位运算与取模效果一致，并且效率还要高出许多。

由于数组的长度有限，所以难免会出现不同的 Key 通过运算得到的 index 相同，这种情况可以利用链表来解决，HashMap 会在 table[index]处形成链表，采用头插法将数据插入到链表中。

get 方法

get 和 put 类似，也是将传入的 Key 计算出 index ，如果该位置上是一个链表就需要遍历整个链表，通过 key.equals(k) 来找到对应的元素。

遍历方式

Iterator<Map.Entry<String, Integer>> entryIterator = map.entrySet().iterator();
       while (entryIterator.hasNext()) {
           Map.Entry<String, Integer> next = entryIterator.next();
           System.out.println("key=" + next.getKey() + " value=" + next.getValue());
       }

Iterator<String> iterator = map.keySet().iterator();
        while (iterator.hasNext()){
            String key = iterator.next();
            System.out.println("key=" + key + " value=" + map.get(key));

        }

1
2
3

map.forEach((key,value)->{
    System.out.println("key=" + key + " value=" + value);
});

强烈建议使用第一种 EntrySet 进行遍历。

第一种可以把 key value 同时取出，第二种还得需要通过 key 取一次 value，效率较低, 第三种需要 JDK1.8 以上，通过外层遍历 table，内层遍历链表或红黑树。

notice

在并发环境下使用 HashMap 容易出现死循环。

并发场景发生扩容，调用 resize() 方法里的 rehash() 时，容易出现环形链表。这样当获取一个不存在的 key 时，计算出的 index 正好是环形链表的下标时就会出现死循环。

所以 HashMap 只能在单线程中使用，并且尽量的预设容量，尽可能的减少扩容。

在 JDK1.8 中对 HashMap 进行了优化：
当 hash 碰撞之后写入链表的长度超过了阈值(默认为8)，链表将会转换为红黑树。

假设 hash 冲突非常严重，一个数组后面接了很长的链表，此时重新的时间复杂度就是 O(n) 。

如果是红黑树，时间复杂度就是 O(logn) 。

大大提高了查询效率。

多线程场景下推荐使用 ConcurrentHashMap。