返回
借力HashMap源码，透彻掌握HashMap的数据结构与工作原理
Android
2023-10-07 18:03:59
HashMap是Java中最常用的集合类框架，其重要性无需赘述。尤其是面试时，HashMap几乎是必考的知识点。所以本文将通过源码分析，从底层实现原理的角度，全方位剖析HashMap的工作机制，让你彻底掌握这把Java编程利器。
HashMap简介
HashMap是一种哈希表（Hash Table）数据结构，其核心思想是利用哈希函数将键映射到值。HashMap以键值对的形式存储数据，并且在查找元素时，可以使用键直接获取相应的值，具有极高的查找效率。
HashMap源码分析
HashMap的源码位于java.util包中，其中包括HashMap类及其内部类Node和TreeNode。
1. HashMap类
HashMap类的主要成员变量包括：
- table：存储键值对的哈希表，是一个数组，数组中的每个元素都是一个Node或TreeNode对象。
- size：HashMap中存储的键值对的数量。
- threshold：HashMap的阈值，当HashMap中的键值对的数量超过阈值时，HashMap会进行扩容操作。
- loadFactor：HashMap的负载因子，用于计算阈值。
HashMap类的主要方法包括：
- put(K key, V value)：向HashMap中插入一个键值对。
- get(Object key)：根据键获取HashMap中的值。
- remove(Object key)：从HashMap中删除一个键值对。
- clear()：清空HashMap中的所有键值对。
- size()：获取HashMap中存储的键值对的数量。
- isEmpty()：判断HashMap是否为空。
2. Node类
Node类是HashMap的内部类，用于存储键值对。Node类的主要成员变量包括：
- hash：键的哈希值。
- key：键。
- value：值。
- next：指向下一个Node对象的指针。
3. TreeNode类
TreeNode类也是HashMap的内部类，用于存储键值对。TreeNode类的主要成员变量包括：
- hash：键的哈希值。
- key：键。
- value：值。
- left：指向左子节点的指针。
- right：指向右子节点的指针。
- parent：指向父节点的指针。
HashMap的工作原理
HashMap的工作原理主要分为以下几个步骤：
- 当向HashMap中插入一个键值对时，首先会计算键的哈希值。
- 根据哈希值，将键值对存储在哈希表中的相应位置。
- 如果哈希表中的相应位置已经存储了一个键值对，则将新键值对存储在该位置的下一个Node对象中。
- 当HashMap中的键值对的数量超过阈值时，HashMap会进行扩容操作。扩容操作会创建一个新的哈希表，并将旧哈希表中的键值对复制到新的哈希表中。
- 当从HashMap中获取一个值时，首先会计算键的哈希值。
- 根据哈希值，在哈希表中的相应位置查找键值对。
- 如果哈希表中的相应位置存储了一个键值对，则返回该键值对的值。
- 如果哈希表中的相应位置没有存储键值对，则返回null。
HashMap的优缺点
HashMap的主要优点包括：
- 查找效率高：HashMap的查找效率是O(1)，这是因为HashMap使用哈希函数将键映射到值，因此可以在常数时间内找到键值对。
- 存储空间小：HashMap只存储键值对，因此存储空间小。
- 线程安全：HashMap是线程安全的，这意味着它可以在多线程环境中使用。
HashMap的主要缺点包括：
- 可能会发生哈希冲突：哈希冲突是指不同的键映射到同一个哈希值的情况。当哈希冲突发生时，HashMap需要使用链表或红黑树来解决冲突。这可能会降低HashMap的查找效率。
- 不允许存储null键：HashMap不允许存储null键。
- 不允许存储null值：HashMap不允许存储null值。
HashMap的应用场景
HashMap的应用场景非常广泛，包括：
- 缓存：HashMap可以用来缓存数据，以便下次访问时可以快速获取。
- 配置文件：HashMap可以用来存储配置文件中的键值对。
- 对象池：HashMap可以用来存储对象池中的对象。
- 路由表：HashMap可以用来存储路由表中的键值对。
总结
HashMap是Java中最常用的集合类框架，其重要性不言而喻。本文通过源码分析，从底层实现原理的角度，全面理解了HashMap的工作机制。希望大家能够通过本文，彻底掌握这把Java编程利器。
