1. HashMap的數據結構
數據結構中有數組和鏈表來實現對數據的存儲,但這兩者基本上是兩個極端。
數組
數組存儲區間是連續的,佔用內存嚴重,故空間複雜的很大。但數組的二分查找時間複雜度小,爲O(1);數組的特點是:尋址容易,插入和刪除困難;
鏈表
鏈表存儲區間離散,佔用內存比較寬鬆,故空間複雜度很小,但時間複雜度很大,達O(N)。鏈表的特點是:尋址困難,插入和刪除容易。
哈希表
那麼我們能不能綜合兩者的特性,做出一種尋址容易,插入刪除也容易的數據結構?答案是肯定的,這就是我們要提起的哈希表。哈希表((Hash table)既滿足了數據的查找方便,同時不佔用太多的內容空間,使用也十分方便。
哈希表有多種不同的實現方法,我接下來解釋的是最常用的一種方法—— 拉鍊法,我們可以理解爲“鏈表的數組” ,如圖:
從上圖我們可以發現哈希表是由數組+鏈表組成的,一個長度爲16的數組中,每個元素存儲的是一個鏈表的頭結點。那麼這些元素是按照什麼樣的規則存儲到數組中呢。一般情況是通過hash(key)%len獲得,也就是元素的key的哈希值對數組長度取模得到。比如上述哈希表中,12%16=12,28%16=12,108%16=12,140%16=12。所以12、28、108以及140都存儲在數組下標爲12的位置。
HashMap其實也是一個線性的數組實現的,所以可以理解爲其存儲數據的容器就是一個線性數組。這可能讓我們很不解,一個線性的數組怎麼實現按鍵值對來存取數據呢?這裏HashMap有做一些處理。
首先HashMap裏面實現一個靜態內部類Entry,其重要的屬性有key , value, next,從屬性key,value我們就能很明顯的看出來Entry就是HashMap鍵值對實現的一個基礎bean,我們上面說到HashMap的基礎就是一個線性數組,這個數組就是Entry[],Map裏面的內容都保存在Entry[]裏面。
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2. HashMap的存取實現
既然是線性數組,爲什麼能隨機存取?這裏HashMap用了一個小算法,大致是這樣實現:
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1)put
疑問:如果兩個key通過hash%Entry[].length得到的index相同,會不會有覆蓋的危險?
這裏HashMap裏面用到鏈式數據結構的一個概念。上面我們提到過Entry類裏面有一個next屬性,作用是指向下一個Entry。打個比方, 第一個鍵值對A進來,通過計算其key的hash得到的index=0,記做:Entry[0] = A。一會後又進來一個鍵值對B,通過計算其index也等於0,現在怎麼辦?HashMap會這樣做:B.next = A,Entry[0] = B,如果又進來C,index也等於0,那麼C.next = B,Entry[0] = C;這樣我們發現index=0的地方其實存取了A,B,C三個鍵值對,他們通過next這個屬性鏈接在一起。所以疑問不用擔心。也就是說數組中存儲的是最後插入的元素。到這裏爲止,HashMap的大致實現,我們應該已經清楚了。
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當然HashMap裏面也包含一些優化方面的實現,這裏也說一下。比如:Entry[]的長度一定後,隨着map裏面數據的越來越長,這樣同一個index的鏈就會很長,會不會影響性能?HashMap裏面設置一個因子,隨着map的size越來越大,Entry[]會以一定的規則加長長度。
2)get
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3)null key的存取
null key總是存放在Entry[]數組的第一個元素。
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4)確定數組index:hashcode % table.length取模
HashMap存取時,都需要計算當前key應該對應Entry[]數組哪個元素,即計算數組下標;算法如下:
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按位取並,作用上相當於取模mod或者取餘%。
這意味着數組下標相同,並不表示hashCode相同。
5)table初始大小
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注意table初始大小並不是構造函數中的initialCapacity!!
而是 >= initialCapacity的2的n次冪!!!!
————爲什麼這麼設計呢?——
3. 解決hash衝突的辦法開放定址法(線性探測再散列,二次探測再散列,僞隨機探測再散列) 再哈希法 鏈地址法 建立一個公共溢出區
Java中hashmap的解決辦法就是採用的鏈地址法。
4. 再散列rehash過程
當哈希表的容量超過默認容量時,必須調整table的大小。當容量已經達到最大可能值時,那麼該方法就將容量調整到Integer.MAX_VALUE返回,這時,需要創建一張新表,將原表的映射到新表中。
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