从 HashMap 的底层数据结构视角一探哈希表与哈希冲突解决之道

2024-01-22 08:29:33

在 Java 开发领域，容器无疑是程序员最熟悉的工具之一。其中，HashMap 以其高效的存取性能和广泛的应用场景备受推崇。作为一名 Java 程序员，深刻理解 HashMap 的底层数据结构和运作原理至关重要。本文将带领您深入 HashMap 的内部构造，探究其高效数据存储的奥秘，并分析哈希冲突及其解决之道。

HashMap 的底层数据结构：数组 + 链表

HashMap 采用数组和链表相结合的数据结构来存储数据。数组负责提供快速的数据访问，而链表则用来解决哈希冲突。

数组：HashMap 将数据存储在一个数组中，每个数组元素称为一个桶（bucket）。每个桶又可以存储多个键值对。
链表：当一个桶中存储的键值对过多时，就会发生哈希冲突。此时，HashMap 会将这些键值对存储在一个链表中。链表中的每个节点都包含一个键值对，并指向下一个节点。

哈希冲突及其解决之道

哈希冲突是指两个或多个键值对具有相同的哈希码，从而导致它们被存储在同一个桶中。哈希冲突会导致数据检索效率下降，甚至可能引发错误。为了解决哈希冲突，HashMap 采用了链地址法。

链地址法是在每个桶中使用一个链表来存储键值对。当发生哈希冲突时，将把新键值对添加到该桶的链表中。这样，即使多个键值对具有相同的哈希码，它们也可以通过链表来区分。

HashMap 的工作原理

HashMap 的工作原理如下：

计算键的哈希码 ：当向 HashMap 中添加一个键值对时，首先会计算该键的哈希码。哈希码是一个整数，它可以唯一地标识该键。
确定桶的位置 ：根据哈希码，可以确定该键值对应该存储在哪个桶中。桶的位置可以通过哈希码对数组长度取模来计算。
检查哈希冲突 ：如果该桶中已经存在具有相同哈希码的键值对，则发生哈希冲突。此时，将把新键值对添加到该桶的链表中。
检索键值对 ：当需要检索一个键值对时，首先会计算该键的哈希码，然后根据哈希码确定该键值对应该存储在哪个桶中。接下来，在该桶的链表中搜索具有相同键的键值对。找到该键值对后，就可以返回其值。