Java中的HashMap集合深度解析

HashMap

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，我们总会在不经意间用到它，很大程度上方便了我们日常开发。

在很多Java的笔试题中也会被问到，最常见的，“HashMap和HashTable有什么区别？”，这也不是三言两语能说清楚的，这种笔试题就是考察你来笔试之前有没有复习功课，随便来个快餐式的复习就能给出简单的答案。

言归正传，了解HashMap之前，我们需要知道Object类的两个方法hashCode和equals，我们先来看一下这两个方法的默认实现：

/** JNI，调用底层其它语言实现 */
public native int hashCode();
/** 默认同==，直接比较对象 */
public boolean equals(Object obj) {
	return (this == obj);
}

equals方法我们太熟悉了，我们经常用于字符串比较，String类中重写了equals方法，比较的是字符串值，看一下源码实现：

public boolean equals(Object anObject) {
	if (this == anObject) {
		return true;
	}
	if (anObject instanceof String) {
		String anotherString = (String) anObject;
		int n = value.length;
		if (n == anotherString.value.length) {
			char v1[] = value;
			char v2[] = anotherString.value;
			int i = 0;
			// 逐个判断字符是否相等
			while (n-- != 0) {
				if (v1[i] != v2[i])
						return false;
				i++;
			}
			return true;
		}
	}
	return false;
}

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。

Object 类的 equals 方法实现对象上差别可能性最大的相等关系；即，对于任何非空引用值 x 和 y，当且仅当 x 和 y 引用同一个对象时，此方法才返回 true（x == y 具有值 true）。当此方法被重写时，通常有必要重写 hashCode 方法，以维护 hashCode 方法的常规协定，该协定声明相等对象必须具有相等的哈希码。

下面来说说hashCode方法，这个方法我们平时通常是用不到的，它是为哈希家族的集合类框架(HashMap、HashSet、HashTable)提供服务，hashCode 的常规协定是：

• 在 Java 应用程序执行期间，在同一对象上多次调用 hashCode 方法时，必须一致地返回相同的整数，前提是对象上 equals 比较中所用的信息没有被修改。从某一应用程序的一次执行到同一应用程序的另一次执行，该整数无需保持一致。 
• 如果根据 equals(Object) 方法，两个对象是相等的，那么在两个对象中的每个对象上调用 hashCode 方法都必须生成相同的整数结果。 
• 以下情况不 是必需的：如果根据 equals(java.lang.Object) 方法，两个对象不相等，那么在两个对象中的任一对象上调用 hashCode 方法必定会生成不同的整数结果。但是，程序员应该知道，为不相等的对象生成不同整数结果可以提高哈希表的性能。

当我们看到实现这两个方法有这么多要求时，立刻凌乱了，幸好有IDE来帮助我们，Eclipse中可以通过快捷键alt+shift+s调出快捷菜单，选择Generate hashCode() and equals()，根据业务需求，勾选需要生成的属性，确定之后，这两个方法就生成好了，我们通常需要在JavaBean对象中重写这两个方法。

好了，这两个方法介绍完之后，我们回到HashMap。HashMap是最常用的集合类框架之一，它实现了Map接口，所以存储的元素也是键值对映射的结构，并允许使用null值和null键，其内元素是无序的，如果要保证有序，可以使用LinkedHashMap。HashMap是线程不安全的，下篇文章会讨论。

HashMap的类关系如下：

java.util Class HashMap<K,V>

java.lang.Object
  |--java.util.AbstractMap<K,V>
      |--java.util.HashMap<K,V>

所有已实现的接口：

Serializable,Cloneable,Map<K,V>

直接已知子类：

LinkedHashMap,PrinterStateReasons

HashMap中我们最长用的就是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时最差情况需要比较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，但可能会存在多个元素找到了相同的 bucketIndex，有个专业名词叫 碰撞，当碰撞发生时，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。文字描述有些乱，通过下面的流程图来梳理一下整个put过程。

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，我们当然期望情形3是最少发生的（效率最低）。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)。

来鉴赏一下HashMap中put方法源码：

public V put(K key, V value) {
	// 处理key为null，HashMap允许key和value为null
	if (key == null)
		return putForNullKey(value);
	// 得到key的哈希码
	int hash = hash(key);
	// 通过哈希码计算出bucketIndex
	int i = indexFor(hash, table.length);
	// 取出bucketIndex位置上的元素，并循环单链表，判断key是否已存在
	for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) {
		Object k;
		// 哈希码相同并且对象相同时
		if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {
			// 新值替换旧值，并返回旧值
			V oldValue = e.value;
			e.value = value;
			e.recordAccess(this);
			return oldValue;
		}
	}
	// key不存在时，加入新元素
	modCount++;
	addEntry(hash, key, value, i);
	return null;
}

到这里，我们了解了HashMap工作原理的一部分，那还有另一部分，如，加载因子及rehash，HashMap通常的使用规则，多线程并发时HashMap存在的问题等等，这些会留在下一章说明。

到此这篇关于Java中的HashMap集合深度解析的文章就介绍到这了,更多相关Java中的HashMap内容请搜索脚本之家以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持脚本之家！