學習筆記 | HashMap的底層原理

01 HashMap的底層原理

• HashMap是一個用於存儲Key-Value鍵值對的集合，每一個鍵值對也叫做Entry。
• 這些個鍵值對（Entry）分散存儲在一個數組當中，這個數組就是HashMap的主幹。
• HashMap數組每一個元素的初始值都是Null。
  

對於HashMap，我們最常使用的是兩個方法：Get 和 Put。

1. Put方法的原理

• 我們需要利用一個哈希函數來確定Entry的插入位置（index）。
  
• 但是，因爲HashMap的長度是有限的，當插入的Entry越來越多時，再完美的Hash函數也難免會出現index衝突的情況。
• 我們可以利用鏈表來解決。
• HashMap數組的每一個元素不止是一個Entry對象，也是一個鏈表的頭節點。每一個Entry對象通過Next指針指向它的下一個Entry節點。當新來的Entry映射到衝突的數組位置時，只需要插入到對應的鏈表即可：
• 新來的Entry節點插入鏈表時，使用的是“頭插法”。是因爲HashMap的發明者認爲，後插入的Entry被查找的可能性更大。
  

2.Get方法的原理

• 使用Get方法根據Key來查找Value的時候，發生了什麼呢？
• 首先會把輸入的Key做一次Hash映射，得到對應的index。
• 由於剛纔所說的Hash衝突，同一個位置有可能匹配到多個Entry，這時候就需要順着對應鏈表的頭節點，一個一個向下來查找。

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Q：HashMap默認的初始長度是多少？爲什麼這麼規定？

• HashMap的默認初始長度是16，並且每次自動擴展或是手動初始化時，長度必須是2的冪。
• 之所以選擇16，是爲了服務於從Key映射到index的Hash算法。

Q：如何實現一個儘量均勻分佈的Hash函數呢？

• 我們通過利用Key的HashCode值來做某種運算。
  

Q：高併發情況下，爲什麼HashMap可能會出現死鎖？

• Rehash是HashMap在擴容的時候的一個步驟。
• HashMap的容量是有限的。當經過多次元素插入，使得HashMap達到一定飽和度時，Key映射位置發生衝突的機率會逐漸提高。
• 這時候，HashMap需要擴展它的長度，也就是進行Resize。

影響發生Resize的因素有兩個：

1. Capacity
   HashMap的當前長度。HashMap的長度是2的冪。
2. LoadFactor
   HashMap負載因子，默認值爲0.75f。

衡量HashMap是否進行Resize的條件如下：

• HashMap.Size >= Capacity * LoadFactor

Resize步驟

1. 擴容
   創建一個新的Entry空數組，長度是原數組的2倍。
2. ReHash
   遍歷原Entry數組，把所有的Entry重新Hash到新數組。爲什麼要重新Hash呢？因爲長度擴大以後，Hash的規則也隨之改變。

• ReHash在併發的情況下可能會形成鏈表環。 從而導致死鎖。

Q：在Java8中，HashMap的結構有什麼優化？

• ConcurrentHashMap這個集合類兼顧了線程安全和性能。