JDK1.8 源码深度剖析：从 HashMap 透视哈希表的奥秘
2023-09-16 16:12:30
HashMap：揭秘 Java 中高效哈希表的底层奥秘
在 Java 编程中，HashMap 作为一种高效的数据结构，一直备受青睐。它以快速的查找和插入操作而闻名，并在JDK1.8中经过了重新设计，使其性能和稳定性更上一层楼。本文将深入探究 HashMap 的源码，为你揭开哈希表背后的秘密。
理解 HashMap 的本质
HashMap本质上是一个基于哈希表的映射，它将键值对存储在称为表的数组中。每个键都经过哈希运算，得到一个索引，对应于表中的某个槽位。如果某个槽位已经包含一个键值对，则该键值对会被添加到一个称为冲突链表的链表中。
public class HashMap<K, V> extends AbstractMap<K, V>
implements Map<K, V>, Cloneable, Serializable
构建你的 HashMap
HashMap 提供了多种构造函数，可以根据需要定制 HashMap。
public HashMap() // 默认容量为16，负载因子为0.75
public HashMap(int initialCapacity) // 指定初始容量
public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) // 指定初始容量和负载因子
public HashMap(Map<? extends K, ? extends V> m) // 从现有 Map 复制
哈希函数：键到槽位的魔法桥梁
HashMap 使用哈希函数将键映射到哈希表中的索引。默认情况下，它使用 Object.hashCode() 方法计算键的哈希值。对于字符串键，HashMap 采用了 Fowler-Noll-Vo FNV 哈希算法，因为它能均匀分布哈希值，减少冲突。
static final int hash(Object key) {
int h;
return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
}
哈希冲突的艺术：解决拥挤的槽位
当多个键哈希到同一个索引时，就会发生哈希冲突。HashMap 巧妙地采用以下策略解决冲突：
- 链表法： 将冲突的键值对添加到一个冲突链表中。
- 红黑树： 当冲突链表的长度超过8时，将其转换为红黑树，提高查找效率。
负载因子：扩容的临界点
负载因子是一个阈值，用来判断是否需要扩容 HashMap。当 HashMap 的负载因子达到或超过指定阈值（默认值为0.75）时，就会触发扩容操作。
private static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;
扩容：为拥挤的 HashMap 腾出空间
当 HashMap 达到其负载因子时，它会自动扩容。扩容操作涉及创建一张新表，其容量是旧表容量的两倍。然后，旧表中的所有键值对都会重新哈希到新表中。
实际应用：HashMap 的强大功能
HashMap 在 Java 编程中有着广泛的应用，包括：
- 缓存： 存储经常访问的数据，提高应用程序性能。
- 集合： 创建自定义集合，存储任意对象。
- 索引： 对数据进行索引，快速查找特定元素。
总结：揭开 HashMap 的哈希奥秘
HashMap 是一个功能强大、效率极高的数据结构，在 Java 编程中无处不在。通过深入分析 JDK1.8 中的 HashMap 源码，我们揭开了哈希表背后的底层原理。掌握 HashMap 的使用技巧，可以编写出更加高效、健壮的 Java 代码。
常见问题解答
-
HashMap 与 HashSet 的区别是什么？
- HashMap 存储键值对，而 HashSet 仅存储键。
-
如何避免哈希冲突？
- 编写良好的哈希函数并选择适当的负载因子。
-
什么是负载因子？
- 触发 HashMap 扩容的阈值。
-
扩容会影响 HashMap 的性能吗？
- 扩容会带来轻微的性能开销，但可以防止 HashMap 变得过于拥挤。
-
HashMap 中的冲突链表和红黑树有什么区别？
- 冲突链表是单向链表，而红黑树是一种自平衡二叉搜索树，具有更快的查找时间。
