揭开HashMap底层实现的面纱：从数组到链表再到红黑树的进阶

见解分享

2023-10-31 04:02:19

在Java世界里，HashMap可谓是大名鼎鼎的数据结构，它凭借着强大的存储和查找能力成为程序员们的宠儿。HashMap底层采用数组+链表+红黑树的巧妙组合，让我们一起来一探究竟。

数组：地基稳固，高效存储

HashMap的核心便是数组，它就像一个个整齐排列的房间，负责存储键值对。数组的优势在于查找速度极快，O(1)的复杂度让人惊叹。不过，数组也有一个缺点，那就是插入和删除元素时，它需要移动其他元素来腾出空间，这会影响整体性能。

链表：纵向延伸，化解冲突

当数组中某个房间住满了键值对，就会发生冲突。为了解决这个问题，HashMap引入了链表。链表就像一条长长的走廊，可以容纳更多的键值对。当发生冲突时，HashMap会将新元素添加到链表中，这样就可以继续存储数据而无需移动其他元素。

红黑树：高阶升级，平衡有序

在JDK1.8中，HashMap迎来了一次重大升级，那就是引入了红黑树。红黑树是一种平衡二叉树，具有较高的搜索效率和插入/删除效率。当链表的长度超过8个时，HashMap会将链表转换为红黑树。红黑树可以保证数据的有序性，并优化搜索性能。

源码剖析，一探究竟

下面我们来看看HashMap的源码，感受一下它的内部运作机制。

import java.util.Arrays;

public class HashMap<K, V> {
    private Entry<K, V>[] table;
    private int size;

    public HashMap() {
        table = new Entry[16]; // 默认容量为16
    }

    public void put(K key, V value) {
        // 计算哈希值
        int hash = key.hashCode();
        // 确定数组索引
        int index = hash % table.length;

        // 查找键值对是否存在
        Entry<K, V> entry = table[index];
        while (entry != null) {
            if (entry.key.equals(key)) { // 键相同则更新值
                entry.value = value;
                return;
            }
            entry = entry.next; // 否则继续查找下一个
        }

        // 新增键值对
        table[index] = new Entry<>(key, value, table[index]);
        size++;

        // 扩容
        if (size >= table.length * 0.75) { // 超过负载因子则扩容
            resize();
        }
    }

    private void resize() {
        Entry<K, V>[] oldTable = table;
        table = new Entry[table.length * 2]; // 扩容为原容量的两倍
        size = 0; // 重置大小

        // 将旧表中的键值对重新哈希到新表中
        for (Entry<K, V> entry : oldTable) {
            while (entry != null) {
                put(entry.key, entry.value);
                entry = entry.next;
            }
        }
    }

    // 省略其他方法的实现...
}

class Entry<K, V> {
    K key;
    V value;
    Entry<K, V> next;

    public Entry(K key, V value, Entry<K, V> next) {
        this.key = key;
        this.value = value;
        this.next = next;
    }
}