/* */ jdk.map.althashing.threshold}. A property value of [email protected] 1} * forces alternative hashing to be used at all times whereas * [email protected] -1} value ensures that alternative hashing is never used. */ static final int ALTERNATIVE_HASHING_THRESHOLD_DEFAULT = Integer.MAX_VALUE; }

二、構造函數

HashMap提供了三個構造函數：

HashMap()：構造一個具有默認初始容量 (16) 和默認加載因子 (0.75) 的空 HashMap。

HashMap(int initialCapacity)：構造一個帶指定初始容量和默認加載因子 (0.75) 的空 HashMap。

HashMap(int initialCapacity, float loadFactor)：構造一個帶指定初始容量和加載因子的空 HashMap。

在這裏提到了兩個參數：初始容量，加載因子。這兩個參數是影響HashMap性能的重要參數，其中容量表示哈希表中桶的數量，初始容量是創建哈希表時的容量，加載因子是哈希表在其容量自動增加之前可以達到多滿的一種尺度，它衡量的是一個散列表的空間的使用程度，負載因子越大表示散列表的裝填程度越高，反之愈小。對於使用鏈表法的散列表來說，查找一個元素的平均時間是O(1+a)，因此如果負載因子越大，對空間的利用更充分，然而後果是查找效率的降低；如果負載因子太小，那麽散列表的數據將過於稀疏，對空間造成嚴重浪費。系統默認負載因子為0.75，一般情況下我們是無需修改的。

HashMap是一種支持快速存取的數據結構，要了解它的性能必須要了解它的數據結構。

三、數據結構

我們知道在Java中最常用的兩種結構是數組和模擬指針(引用)，幾乎所有的數據結構都可以利用這兩種來組合實現，HashMap也是如此。實際上HashMap是一個“鏈表散列”，如下是它數據結構：

從上圖我們可以看出HashMap底層實現還是數組，只是數組的每一項都是一條鏈。其中參數initialCapacity就代表了該數組的長度。下面為HashMap構造函數的源碼：

 public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {
        if (initialCapacity < 0)
            throw new IllegalArgumentException("Illegal initial capacity: " +
                                               initialCapacity);
        if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY)
            initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY;
        if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor))
            throw new IllegalArgumentException("Illegal load factor: " +
                                               loadFactor);

        this.loadFactor = loadFactor;
        threshold = initialCapacity;
        init();
    }

從源碼中可以看出，每次新建一個HashMap時，都會初始化一個table數組。table數組的元素為Entry節點。

static class Entry<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
        final K key;
        V value;
        Entry<K,V> next;
        int hash;
}

其中Entry為HashMap的內部類，它包含了鍵key、值value、下一個節點next，以及hash值，這是非常重要的，正是由於Entry才構成了table數組的項為鏈表。

上面簡單分析了HashMap的數據結構，下面將探討HashMap是如何實現快速存取的。

四、存儲實現：put(key,vlaue)

首先我們先看源碼

public V put(K key, V value) {
        //當key為null，調用putForNullKey方法，保存null與table第一個位置中，這是HashMap允許為null的原因
        if (key == null)
            return putForNullKey(value);
        //計算key的hash值
        int hash = hash(key.hashCode());                  ------(1)
        //計算key hash 值在 table 數組中的位置
        int i = indexFor(hash, table.length);             ------(2)
        //從i出開始叠代 e,找到 key 保存的位置
        for (Entry<K, V> e = table[i]; e != null; e = e.next) {
            Object k;
            //判斷該條鏈上是否有hash值相同的(key相同)
            //若存在相同，則直接覆蓋value，返回舊value
            if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {
                V oldValue = e.value;    //舊值 = 新值
                e.value = value;
                e.recordAccess(this);
                return oldValue;     //返回舊值
            }
        }
        //修改次數增加1
        modCount++;
        //將key、value添加至i位置處
        addEntry(hash, key, value, i);
        return null;
    }

通過源碼我們可以清晰看到HashMap保存數據的過程為：首先判斷key是否為null，若為null，則直接調用putForNullKey方法。若不為空則先計算key的hash值，然後根據hash值搜索在table數組中的索引位置，如果table數組在該位置處有元素，則通過比較是否存在相同的key，若存在則覆蓋原來key的value，否則將該元素保存在鏈頭（最先保存的元素放在鏈尾）。若table在該處沒有元素，則直接保存。這個過程看似比較簡單，其實深有內幕。有如下幾點：

1、 先看叠代處。此處叠代原因就是為了防止存在相同的key值，若發現兩個hash值（key）相同時，HashMap的處理方式是用新value替換舊value，這裏並沒有處理key，這就解釋了HashMap中沒有兩個相同的key。

2、 在看（1）、（2）處。這裏是HashMap的精華所在。首先是hash方法，該方法為一個純粹的數學計算，就是計算h的hash值。

final int hash(Object k) {
        int h = hashSeed;
        if (0 != h && k instanceof String) {
            return sun.misc.Hashing.stringHash32((String) k);
        }

        h ^= k.hashCode();

        // This function ensures that hashCodes that differ only by
        // constant multiples at each bit position have a bounded
        // number of collisions (approximately 8 at default load factor).
        h ^= (h >>> 20) ^ (h >>> 12);
        return h ^ (h >>> 7) ^ (h >>> 4);
    }

HashMap的底層數組長度總是2的n次方，在構造函數中存在：capacity <<= 1;這樣做總是能夠保證HashMap的底層數組長度為2的n次方。當length為2的n次方時，h&(length - 1)就相當於對length取模，而且速度比直接取模快得多，這是HashMap在速度上的一個優化。至於為什麽是2的n次方下面解釋。

我們回到indexFor方法，該方法僅有一條語句：h&(length - 1)，這句話除了上面的取模運算外還有一個非常重要的責任：均勻分布table數據和充分利用空間。

這裏我們假設length為16(2^n)和15，h為5、6、7。

當n=15時，6和7的結果一樣，這樣表示他們在table存儲的位置是相同的，也就是產生了碰撞，6、7就會在一個位置形成鏈表，這樣就會導致查詢速度降低。誠然這裏只分析三個數字不是很多，那麽我們就看0-15。

從上面的圖表中我們看到總共發生了8此碰撞，同時發現浪費的空間非常大，有1、3、5、7、9、11、13、15處沒有記錄，也就是沒有存放數據。這是因為他們在與14進行&運算時，得到的結果最後一位永遠都是0，即0001、0011、0101、0111、1001、1011、1101、1111位置處是不可能存儲數據的，空間減少，進一步增加碰撞幾率，這樣就會導致查詢速度慢。而當length = 16時，length – 1 = 15 即1111，那麽進行低位&運算時，值總是與原來hash值相同，而進行高位運算時，其值等於其低位值。所以說當length = 2^n時，不同的hash值發生碰撞的概率比較小，這樣就會使得數據在table數組中分布較均勻，查詢速度也較快。

這裏我們再來復習put的流程：當我們想一個HashMap中添加一對key-value時，系統首先會計算key的hash值，然後根據hash值確認在table中存儲的位置。若該位置沒有元素，則直接插入。否則叠代該處元素鏈表並依此比較其key的hash值。如果兩個hash值相等且key值相等(e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))),則用新的Entry的value覆蓋原來節點的value。如果兩個hash值相等但key值不等 ，則將該節點插入該鏈表的鏈頭。具體的實現過程見addEntry方法，如下：

 void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
        if ((size >= threshold) && (null != table[bucketIndex])) {
            resize(2 * table.length);
            hash = (null != key) ? hash(key) : 0;
            bucketIndex = indexFor(hash, table.length);
        }

        createEntry(hash, key, value, bucketIndex);
    }

這個方法中有兩點需要註意：

一是鏈的產生。這是一個非常優雅的設計。系統總是將新的Entry對象添加到bucketIndex處。如果bucketIndex處已經有了對象，那麽新添加的Entry對象將指向原有的Entry對象，形成一條Entry鏈，但是若bucketIndex處沒有Entry對象，也就是e==null,那麽新添加的Entry對象指向null，也就不會產生Entry鏈了。

二、擴容問題。

隨著HashMap中元素的數量越來越多，發生碰撞的概率就越來越大，所產生的鏈表長度就會越來越長，這樣勢必會影響HashMap的速度，為了保證HashMap的效率，系統必須要在某個臨界點進行擴容處理。該臨界點在當HashMap中元素的數量等於table數組長度*加載因子。但是擴容是一個非常耗時的過程，因為它需要重新計算這些數據在新table數組中的位置並進行復制處理。所以如果我們已經預知HashMap中元素的個數，那麽預設元素的個數能夠有效的提高HashMap的性能。

五、讀取實現：get(key)

相對於HashMap的存而言，取就顯得比較簡單了。通過key的hash值找到在table數組中的索引處的Entry，然後返回該key對應的value即可。

public V get(Object key) {
        if (key == null)
            return getForNullKey();
        Entry<K,V> entry = getEntry(key);

        return null == entry ? null : entry.getValue();
    }

final Entry<K,V> getEntry(Object key) {

if (size == 0) {

return null;

}

int hash = (key == null) ? 0 : hash(key);

for (Entry<K,V> e = table[indexFor(hash, table.length)];

e != null;

e = e.next) {

Object k;

if (e.hash == hash &&

((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))

return e;

}

return null;

}

在這裏能夠根據key快速的取到value除了和HashMap的數據結構密不可分外，還和Entry有莫大的關系，在前面就提到過，HashMap在存儲過程中並沒有將key，value分開來存儲，而是當做一個整體key-value來處理的，這個整體就是Entry對象。同時value也只相當於key的附屬而已。在存儲的過程中，系統根據key的hashcode來決定Entry在table數組中的存儲位置，在取的過程中同樣根據key的hashcode取出相對應的Entry對象。

本文轉自:http://www.cnblogs.com/dassmeta/p/5338955.html

[轉]java 的HashMap底層數據結構