HashMap底层数据结构剖析：数组、链表、红黑树揭秘

2023-09-22 08:53:34

导语

HashMap，作为Java编程中必不可少的集合框架之一，以其强大的哈希存储功能而备受青睐。它的内部数据结构是一个精心设计的复杂系统，由数组、链表和红黑树巧妙结合而成。本篇博文将深入剖析HashMap的源码，为你揭开这门数据结构艺术背后的秘密。

数组：高效的存储基础

HashMap的核心数据结构是一个数组，它将元素存储在称为桶（bucket）的数组元素中。每个桶代表一个哈希值，并存储与该哈希值关联的所有键值对。这种数组结构提供了高效的元素存储和检索，因为哈希值可以直接映射到数组索引。

链表：解决哈希冲突

当两个或多个元素具有相同的哈希值时，就会发生哈希冲突。为了解决冲突，HashMap使用链表将哈希冲突的元素链接起来。当元素被添加到一个已经包含元素的桶中时，它会被添加到链表的尾部。

红黑树：优化链表搜索

当链表中元素较多时，使用链表进行查找会变得低效。因此，HashMap在链表中的元素数量超过一定阈值（默认值为8）时，会将链表转换为红黑树。红黑树是一种平衡二叉查找树，它提供了更快的搜索性能。

数据结构的动态调整

HashMap的底层数据结构不是一成不变的。它会根据元素数量和哈希冲突率进行动态调整。当元素数量增加时，数组会自动扩容。当哈希冲突率较高时，链表会转换为红黑树。这种动态调整确保了HashMap始终保持高效。

示例代码

下面是一个展示HashMap数据结构的示例代码：

import java.util.HashMap;

public class HashMapExample {

    public static void main(String[] args) {
        HashMap<String, Integer> map = new HashMap<>();
        map.put("John", 25);
        map.put("Mary", 30);
        map.put("Bob", 28);

        // 数组：获取存储元素的数组
        Object[] table = map.table;

        // 链表：获取指定哈希桶中的链表
        Entry[] entries = (Entry[]) table[0];

        // 红黑树：获取哈希冲突较多的桶中的红黑树
        TreeMap<String, Integer> treeMap = (TreeMap<String, Integer>) table[1];
    }
}