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HashMap在Java開發(fā)中有著非常重要的角色地位，每一個(gè)Java程序員都應(yīng)該了解HashMap。詳細(xì)地闡述HashMap中的幾個(gè)概念，并深入探討HashMap的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，討論HashMap的性能問題。

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我們先來看這樣的一道面試題：

在 HashMap 中存放的一系列鍵值對(duì)，其中鍵為某個(gè)我們自定義的類型。放入 HashMap 后，我們?cè)谕獠堪涯骋粋€(gè) key 的屬性進(jìn)行更改，然后我們?cè)儆眠@個(gè) key 從 HashMap 里取出元素，這時(shí)候 HashMap 會(huì)返回什么?

文中已給出示例代碼與答案，但關(guān)于HashMap的原理沒有做出解釋。

1. 特性

我們可以用任何類作為HashMap的key，但是對(duì)于這些類應(yīng)該有什么限制條件呢?且看下面的代碼：

 
 

  
  
public class Person { 
  
  
  private String name; 
  
  
  
  
  
  public Person(String name) { 
  
  
    this.name = name; 
  
  
  } 
  
  
} 
  
  
  
  
  
Map testMap = new HashMap<>(); 
  
  
testMap.put(new Person("hello"), "world"); 
  
  
testMap.get(new Person("hello")); // ---> null 
 
 

本是想取出具有相等字段值Person類的value，結(jié)果卻是null。對(duì)HashMap稍有了解的人看出來——Person類并沒有override hashcode方法，導(dǎo)致其繼承的是Object的hashcode(返回是其內(nèi)存地址)。這也是為什么常用不變類如String(或Integer等)做為HashMap的key的原因。那么，HashMap是如何利用hashcode給key做快速索引的呢?

2. 原理

首先，我們來看《Thinking in Java》中一個(gè)簡(jiǎn)單HashMap的實(shí)現(xiàn)方案：

 
 

  
  
//: containers/SimpleHashMap.java 
  
  
// A demonstration hashed Map. 
  
  
import java.util.*; 
  
  
import net.mindview.util.*; 
  
  
  
  
  
public class SimpleHashMap extends AbstractMap { 
  
  
 // Choose a prime number for the hash table size, to achieve a uniform distribution: 
  
  
 static final int SIZE = 997; 
  
  
 // You can't have a physical array of generics, but you can upcast to one: 
  
  
 @SuppressWarnings("unchecked") 
  
  
 LinkedList>[] buckets = 
  
  
  new LinkedList[SIZE]; 
  
  
 public V put(K key, V value) { 
  
  
  V oldValue = null; 
  
  
  int index = Math.abs(key.hashCode()) % SIZE; 
  
  
  if(buckets[index] == null) 
  
  
   buckets[index] = new LinkedList>(); 
  
  
  LinkedList> bucket = buckets[index]; 
  
  
  MapEntry pair = new MapEntry(key, value); 
  
  
  boolean found = false; 
  
  
  ListIterator> it = bucket.listIterator(); 
  
  
  while(it.hasNext()) { 
  
  
   MapEntry iPair = it.next(); 
  
  
   if(iPair.getKey().equals(key)) { 
  
  
    oldValue = iPair.getValue(); 
  
  
    it.set(pair); // Replace old with new 
  
  
    found = true; 
  
  
    break; 
  
  
   } 
  
  
  } 
  
  
  if(!found) 
  
  
   buckets[index].add(pair); 
  
  
  return oldValue; 
  
  
 } 
  
  
 public V get(Object key) { 
  
  
  int index = Math.abs(key.hashCode()) % SIZE; 
  
  
  if(buckets[index] == null) return null; 
  
  
  for(MapEntry iPair : buckets[index]) 
  
  
   if(iPair.getKey().equals(key)) 
  
  
    return iPair.getValue(); 
  
  
  return null; 
  
  
 } 
  
  
 public Set> entrySet() { 
  
  
  Set> set= new HashSet>(); 
  
  
  for(LinkedList> bucket : buckets) { 
  
  
   if(bucket == null) continue; 
  
  
   for(MapEntry mpair : bucket) 
  
  
    set.add(mpair); 
  
  
  } 
  
  
  return set; 
  
  
 } 
  
  
 public static void main(String[] args) { 
  
  
  SimpleHashMap m = 
  
  
   new SimpleHashMap(); 
  
  
  m.putAll(Countries.capitals(25)); 
  
  
  System.out.println(m); 
  
  
  System.out.println(m.get("ERITREA")); 
  
  
  System.out.println(m.entrySet()); 
  
  
 } 
  
  
} 
 
 

SimpleHashMap構(gòu)造一個(gè)hash表來存儲(chǔ)key，hash函數(shù)是取模運(yùn)算Math.abs(key.hashCode()) % SIZE，采用鏈表法解決hash沖突;buckets的每一個(gè)槽位對(duì)應(yīng)存放具有相同(hash后)index值的Map.Entry，如下圖所示：

JDK的HashMap的實(shí)現(xiàn)原理與之相類似，其采用鏈地址的hash表table存儲(chǔ)Map.Entry：

 
 

  
  
/** 
  
  
 * The table, resized as necessary. Length MUST Always be a power of two. 
  
  
 */ 
  
  
transient Entry[] table = (Entry[]) EMPTY_TABLE; 
  
  
  
  
  
static class Entry implements Map.Entry { 
  
  
  final K key; 
  
  
  V value; 
  
  
  Entry next; 
  
  
  int hash; 
  
  
  … 
  
  
} 
 
 

Map.Entry的index是對(duì)key的hashcode進(jìn)行hash后所得。當(dāng)要get key對(duì)應(yīng)的value時(shí)，則對(duì)key計(jì)算其index，然后在table中取出Map.Entry即可得到，具體參看代碼：

 
 

  
  
public V get(Object key) { 
  
  
  if (key == null) 
  
  
    return getForNullKey(); 
  
  
  Entry entry = getEntry(key); 
  
  
  
  
  
  return null == entry ? null : entry.getValue(); 
  
  
} 
  
  
  
  
  
final Entry getEntry(Object key) { 
  
  
  if (size == 0) { 
  
  
    return null; 
  
  
  } 
  
  
  
  
  
  int hash = (key == null) ? 0 : hash(key); 
  
  
  for (Entry e = table[indexFor(hash, table.length)]; 
  
  
     e != null; 
  
  
     ee = e.next) { 
  
  
    Object k; 
  
  
    if (e.hash == hash && 
  
  
      ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) 
  
  
      return e; 
  
  
  } 
  
  
  return null; 
  
  
} 
 
 

可見，hashcode直接影響HashMap的hash函數(shù)的效率——好的hashcode會(huì)極大減少hash沖突，提高查詢性能。同時(shí)，這也解釋開篇提出的兩個(gè)問題：如果自定義的類做HashMap的key，則hashcode的計(jì)算應(yīng)涵蓋構(gòu)造函數(shù)的所有字段，否則有可能得到null。

網(wǎng)站欄目：Java中HashMap的原理分析
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