HashMap底层实现原理源码分析及hash碰撞问题解决方式

同样,HashMap是java面试中经常问到的一个知识点,基本都是和HashTable以及ConcurrentHashMap一起被问及,今天主要是讲讲HashMap是如何解决碰撞问题的?那么问题来了,什么是碰撞问题?

这要先从HashMap底层的实现说起,进入它的源码类

public class HashMap<K,V> extends AbstractMap<K,V>

    implements Map<K,V>, Cloneable, Serializable 

看到这我们就明白了HashMap继承了AbstractMap抽象类,并且实现了三个接口

 public HashMap() {

        this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR; // all other fields defaulted

    }

再然后看到默认构造方法中有一个DEFAULT_LOAD_FACTOR,称为负载因子,可以看下静态参数

  static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; // aka 16

  static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;

  static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;

负载因子默认为0.75,当键值对数量占总容量的值大于0.75时,就会扩容两倍,而默认容量是1<<4,,也就是16

HashMap底层呢是一个数组,每个数组的元素是一个链表,而每个链表的节点都是一个映射,也就是键值对Entry,每个链表就是我们常说的“桶”,put和get方法都是从“桶”中进行的,如下图

往“桶”中存储时,也就是put时,会调用hash方法,对key的哈希码重新计算

 public V put(K key, V value) {

        return putVal(hash(key), key, value, false, true);

    }  

 static final int hash(Object key) {

        int h;

        return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);

    }

 final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,

                   boolean evict) {

        Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, i;

        if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)

            n = (tab = resize()).length;

        if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)

            tab[i] = newNode(hash, key, value, null);

        else {

            Node<K,V> e; K k;

            if (p.hash == hash &&

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

                e = p;

            else if (p instanceof TreeNode)

                e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);

            else {

                for (int binCount = 0; ; ++binCount) {

                    if ((e = p.next) == null) {

                        p.next = newNode(hash, key, value, null);

                        if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st

                            treeifyBin(tab, hash);

                        break;

                    }

                    if (e.hash == hash &&

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

                        break;

                    p = e;

                }

            }

            if (e != null) { // existing mapping for key

                V oldValue = e.value;

                if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)

                    e.value = value;

                afterNodeAccess(e);

                return oldValue;

            }

        }

        ++modCount;

        if (++size > threshold)

            resize();

        afterNodeInsertion(evict);

        return null;

    }

可以看到计算方法是将key的哈希码与哈希码无符号右移16位之后的结果进行异或,这样的好处是保证key的高低位都参与哈希码的计算,高速少开销可靠性强,值得一提的是java8还有一个优化点,就是“桶”中的数量大于8时,就会将链表转换为一个二叉树,红黑树,这样做的直接好处时查询性能由O(logn)优化为O(nlogn),要实现红黑树就是进行比较,这也是HashMap实现Comparable接口的一个重要原因

存储时由hash值来确定要放到哪个“桶”中,那么问题就出现了,如果两个key有相同的hash值,怎么进行存储,这就是碰撞问题。

解决方法是“拉链法,其实也就是将entry键值对用链表来存储,一旦hash值相同,就会调用equals方法,如果为true,就会替代当前的entry,举个例子,比如

public class PasswdKey {

	static String name="name"; 

	static String address="address";

	public static void main(String[] args) {

		Map<String,Object> map=new HashMap<>();

		map.put(name, "maze");

		map.put(name, "freg");		

	}

}

第一次存储键name时,无相同的hash值,直接存到合适freg的数组索引的位置,接着又存了一个键为name的entry,在进行hash比较时由于键都为name,hash值相同,然后对链表的每一个元素进行equals方法(此时已确定要存储的数组索引位置,与第一次的索引位置相同),如果相同,就替换当前位置的键值对,此时就会将键为name的value更换为“freg”,其实这就是我们所说的覆盖

同样,get以及containsKey方法也是过hash值来找到value的

 final Node<K,V> getNode(int hash, Object key) {

        Node<K,V>[] tab; Node<K,V> first, e; int n; K k;

        if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 &&

            (first = tab[(n - 1) & hash]) != null) {

            if (first.hash == hash && // always check first node

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

                return first;

            if ((e = first.next) != null) {

                if (first instanceof TreeNode)

                    return ((TreeNode<K,V>)first).getTreeNode(hash, key);

                do {

                    if (e.hash == hash &&

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

                        return e;

                } while ((e = e.next) != null);

            }

        }

        return null;

    }

另外说一下,HashMap是支持键值对为null的,此时存在数组的第一个位置上,索引为0

最后希望大家记住,碰撞问题非常影响map的性能,尽管java8相对于7有了很大的优化


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