【HashMap】深入原理解析

分类： 数据结构 自考

equals与“==”（可以参考自己的另一篇博文）

 

1，基本数据类型（byte，short，char，int，long，float，double，boolean）

使用“==” 对比的是具体的值是否相等

2，复合数据类型

“== ”对比的是内存中存放的地址

object中的equals初始行为是比较内存中的地址，但在一些类库中被覆盖掉了如（String，Integer，Date等）

 

故对于复合数据类型使用equals进行比较，未进行覆写的比较的是内存地址，覆写的一般是比较具体的值

注：equals的底层实现

[java] view plaincopyprint?

1. /** 默认同==，直接比较对象 */    
2. public boolean equals(Object obj) {    
3.     return (this == obj);    

 

重写equals要满足几个条件：

 

自反性：对于任何非空引用值x，x.equals(x) 都应返回 true。

对称性：对于任何非空引用值 x 和 y，当且仅当y.equals(x) 返回 true 时，x.equals(y) 才应返回 true。

传递性：对于任何非空引用值 x、y 和 z，如果x.equals(y) 返回 true，并且 y.equals(z) 返回 true，那么 x.equals(z) 应返回 true。

一致性：对于任何非空引用值 x 和 y，多次调用x.equals(y) 始终返回 true 或始终返回 false，前提是对象上 equals 比较中所用的信息没有被修改。

对于任何非空引用值x，x.equals(null) 都应返回 false。

 

对于重写equals就要重写hashCode的问题，可参考博客

http://blog.csdn.net/hejingyuan6/article/details/22398151

 

Java对于eqauls方法和hashCode方法是这样规定的：

 

    1.如果两个对象相同，那么它们的hashCode值一定要相同；

    2.如果两个对象的hashCode相同，它们并不一定相同（这里说的对象相同指的是用eqauls方法比较）。如不按要求去做了，会发现相同的对象可以出现在Set集合中，同时，增加新元素的效率会大大下降。

     3.equals()相等的两个对象，hashcode()一定相等；equals()不相等的两个对象，却并不能证明他们的hashcode()不相等。   

 

        HashMap中我们最常用的就是put(K,V)和get(K)。我们都知道，HashMap的K值是唯一的，那如何保证唯一性呢？

       我们首先想到的是用equals比较，没错，这样可以实现，但随着内部元素的增多，put和get的效率将越来越低，这里的时间复杂度是O(n)，假如有1000个元素，put时需要比较1000次。实际上，HashMap很少会用到equals方法，因为其内通过一个哈希表管理所有元素，哈希是通过hash单词音译过来的，也可以称为散列表，哈希算法可以快速的存取元素，当我们调用put存值时，HashMap首先会调用K的hashCode方法，获取哈希码，通过哈希码快速找到某个存放位置，这个位置可以被称之为bucketIndex，通过上面所述hashCode的协定可以知道，如果hashCode不同，equals一定为false，如果hashCode相同，equals不一定为true。

       所以理论上，hashCode可能存在冲突的情况，有个专业名词叫碰撞，当碰撞发生时，计算出的bucketIndex也是相同的，这时会取到bucketIndex位置已存储的元素，最终通过equals来比较，equals方法就是哈希码碰撞时才会执行的方法，所以前面说HashMap很少会用到equals。

       HashMap通过hashCode和equals最终判断出K是否已存在，如果已存在，则使用新V值替换旧V值，并返回旧V值，如果不存在，则存放新的键值对<K, V>到bucketIndex位置。

 

put过程流程图：（这个图很形象啊）

 

现在我们知道，执行put方法后，最终HashMap的存储结构会有这三种情况，情形3是最少发生的，哈希码发生碰撞属于小概率事件。到目前为止，我们了解了两件事：

 

     HashMap通过键的hashCode来快速的存取元素。

    当不同的对象hashCode发生碰撞时，HashMap通过单链表来解决，将新元素加入链表表头，通过next指向原有的元素。单链表在Java中的实现就是对象的引用(复合)。

 

解决冲突的两种方式：

 

当系统决定存储 HashMap 中的key-value 对时，完全没有考虑 Entry 中的 value，仅仅只是根据 key 来计算并决定每个 Entry 的存储位置。即我们完全可以把 Map集合中的 value 当成 key 的附属，当系统决定了 key 的存储位置之后，value 随之保存在那里即可.

 

实验：

         HashMap程序经过改造，故意的构造出了hash冲突现象，因为HashMap的初始大小16,但是我在hashmap里面放了超过16个元素，并且我屏蔽了它的resize()方法。不让它去扩容。这时HashMap的底层数组Entry[]   table结构如下: 

Hashmap里面的bucket出现了单链表的形式，散列表要解决的一个问题就是散列值的冲突问题，通常是两种方法：链表法和开放地址法。

       链表法就是将相同hash值的对象组织成一个链表放在hash值对应的槽位；

       开放地址法是通过一个探测算法，当某个槽位已经被占据的情况下继续查找下一个可以使用的槽位。

 

java.util.HashMap采用的链表法的方式，链表是单向链表。

形成单链表的核心代码如下：

[plain] view plaincopyprint?

1. void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {    
2.     Entry<K,V> e = table[bucketIndex];    
3.     table[bucketIndex] = new Entry<K,V>(hash, key, value, e);    
4.     if (size++ >= threshold)    
5.         resize(2 * table.length);    
6. bsp;   

     上面方法的代码很简单，但其中包含了一个设计：系统总是将新添加的 Entry 对象放入table 数组的 bucketIndex 索引处——如果 bucketIndex 索引处已经有了一个 Entry 对象，那新添加的 Entry对象指向原有的 Entry 对象（产生一个 Entry 链），如果 bucketIndex 索引处没有 Entry 对象，也就是上面程序代码的 e 变量是null，也就是新放入的 Entry 对象指向 null，也就是没有产生 Entry 链。（有Entry对象产生一个Entry链，Entry为null就不产生链）

      HashMap里面没有出现hash冲突时，没有形成单链表时，hashmap查找元素很快,get()方法能够直接定位到元素，但是出现单链表后，单个bucket里存储的不是一个 Entry，而是一个 Entry 链，系统只能必须按顺序遍历每个 Entry，直到找到想搜索的 Entry 为止——如果恰好要搜索的Entry 位于该 Entry 链的最末端（该 Entry 是最早放入该 bucket 中），那系统必须循环到最后才能找到该元素。

      

说明：

 

HashMap有两个参数影响其性能：（透彻）

 

       初始容量和加载因子。默认初始容量是16，加载因子是0.75，这是时间和空间成本上一种折衷。容量是哈希表中桶(Entry数组)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，通过调用rehash 方法将容量翻倍。

 

       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（加载因子是表示Hsah表中元素的填满的程度.若:加载因子越大,填满的元素越多,好处是,空间利用率高了,但:冲突的机会加大了.反之,加载因子越小,填满的元素越少,好处是:冲突的机会减小了,但:空间浪费多了）。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，以便最大限度地降低rehash 操作次数。如果初始容量大于最大条目数除以加载因子(实际上就是最大条目数小于初始容量*加载因子)，则不会发生 rehash 操作。

 

        当HashMap存放的元素越来越多，到达临界值(阀值)threshold时，就要对Entry数组扩容，这是Java集合类框架最大的魅力，HashMap在扩容时，新数组的容量将是原来的2倍，由于容量发生变化，原有的每个元素需要重新计算bucketIndex，再存放到新数组中去，也就是所谓的rehash。HashMap默认初始容量16，加载因子0.75，也就是说最多能放16*0.75=12个元素，当put第13个时，HashMap将发生rehash，rehash的一系列处理比较影响性能，所以当我们需要向HashMap存放较多元素时，最好指定合适的初始容量和加载因子，否则HashMap默认只能存12个元素，将会发生多次rehash操作。