HashMap底层详解

1.简介

HashMap是java种使用频繁的数据结构，其储存对象是无序的，以key，value的形式存放

1.key可以为null

2.key不能重复，如果key重复则会覆盖第一个key的value

3.一个key，对应一个value

2.HashMap的常用方法

方法	解释
put（key，value）	存入一对键值对key，value，如果key已存在则用这个value覆盖掉以前的，不存在则加入
get（key）	通过key来获取值
values（）	获得所有的value
keySet（）	获得所有的key
isEmpty（）	判断是否为空
putAll（map）	把另一个map全部加入这个map
containsKey(key)	判断map种是否包含这个key
containsValue(value)	判断map中是否包含这个value
size()	map的长度

3.底层数据结构

hashMap底层的数据结构是以数组和链表的形式。

数组：查找快

链表：增删快

这也是设计成数组+链表的原因

底层的数组默认长度为16，随着map长度的加大可能会扩容，当链表变长的时候链表的数据结构也会变

以及为什莫数组默认长度为16？（下面会一一陈述）

HashMap储存对象时：***key所属的类***必须重写Object类里的HashCode（）和equals（）

HashCode（）：会为每个对象产生一个Hash值。 保证了高效性

equals（）：根据hash值判断两个对象是否一样，Hash值不一样两个***一定不相等***有

时可能会有两个对象Hash值相等但值不一样，这时候要调用equals（）比对两个对

象是否真的一致（保证key不重复）。 保证了准确性

4.Hash冲突

1.存入对象时，先算出其的Hash值然后和数组的长度求余也就是（Hash%16）算出来的值就是其存在的数组位数。

2.如果这一位已经有对象了那么就往下面链表里坠，next直到下一个为空，则把这个对象放到这。

5.Hash容量以及扩容机制

1.负载因子

HashMap中有一个默认负载因子为0.75

为什莫为默认负载因子0.75？

① 阈值=负载因子容量*容量为2的幂次方所以必须保证

容量*负载因子为整数

② 负载因子越大Hash冲突越多，负载因子越少，空间浪费越大，权衡得出结果

2.扩容机制

当元素数量大于阈值则需要扩容，将数组长度按位向左移一位

由于：计算机底层按位移操作快(乘法的底层为加法效率不高)

HashMap的容量是有上限的，必须小于1<<30，即1073741824。如果容量超出了这个数，则不再增长，且阈值会被设置为 Integer.MAX_VALUE（ [外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-7P6Ksaik-1626959298692)(https://www.zhihu.com/equation?tex=2%5E%7B31%7D-1)] )，即永远不会超出阈值了)。

3.HashMap的数组开始长度为什莫为16

首先我们看hashMap的源码可知当新put一个数据时会进行计算位于table数组(也称为桶)中的下标：

int index =key.hashCode()&(length-1);

hashmap每次扩容都是以 2的整数次幂进行扩容

比如：十进制: 201314

二进制: 11 0001 0010 0110 0010

假设初始化大小为16

15转化为二进制: 1111

index : 11 0001 0010 0110 0010 & 1111 =0010 为 3

因为是将二进制进行按位于，(16-1) 是 1111,末位是1，这样也能保证计算后的index既可以是奇数也可以是偶数，并且只要传进来的key足够分散，均匀那么按位于的时候获得的index就会减少重复，这样也就减少了hash的碰撞以及hashMap的查询效率。

这样看起来2的n次方都可以，但8和4太小，Hash碰撞太多，32太大故选16

6.HashMap中的扰动函数

什么为扰动函数?

static final int hash(Object key) {int h;return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
}

对象在Hash表中存放的位置算法为=key.hashCode()&(length-1);

又由于Hash表初始长度为16，减去1为15

00000000 00000000 00000000 00001111与无论什么值取&结果都只能由后四位决定（0&1=0; 0&0=0; 1&0=0; 1&1=1;）

例如

00000000 00000000 00000000 00001111 16-1 （16hash表初始长度）

11000101 10011101 10000001 11110100 HashCode

00000000 00000000 00000000 00000100 结果

这样做的话hash冲突会很大所以采用一个办法，将hashCode右移16位与自己取^，产生的值作为新值去做运算

00000000 00000000 11000101 10011101 HashCode

11000101 10010101 10000001 11110100 h>>>16

11000101 10010101 01000100 01101001 新值（更加散列）

用新值算对象在Hash表中存放的位置算法为=key.hashCode()&(length-1);

又由于Hash表初始长度为16，减去1为15

00000000 00000000 00000000 00001111

11000101 10010101 01000100 01101001

00000000 00000000 00000000 00001001

等于9

获得的值更加散列，减少Hash冲突

7.HashMap底层在·jdk1.8后的改动

当发现链表表中的链表长度大于8时，当发现链表中的元素个数大于8之后，

1.还会判断一下当前数组的长度，如果数组长度小于64时，此时并不会转化为红黑树，而是进行扩容。

2.只有当链表中的元素个数大于8，并且数组的长度大于等于64时才会将链表转为红黑树

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