HashMap源码的奥秘：深入探索其底层实现

2023-09-03 17:14:38

HashMap，作为Java集合框架中的重要成员，以其快速查找和存储键值对的能力而备受青睐。它在众多领域都有着广泛的应用，例如缓存、数据库索引、对象关系映射（ORM）等。为了更好地理解和使用HashMap，本文将带您一起深入探索它的底层实现，揭秘其工作原理。

HashMap的数据结构

HashMap使用哈希表（Hash Table）作为其底层数据结构。哈希表是一种以键（Key）映射到值（Value）的数据结构，它将键通过哈希函数（Hash Function）转换为哈希值（Hash Value），然后根据哈希值将键值对存储在哈希表中。这种方式可以快速地查找和访问键值对，而无需遍历整个表。

哈希算法

哈希函数在HashMap中起着至关重要的作用。它将键转换为哈希值，从而决定键值对在哈希表中的存储位置。哈希函数必须满足以下几个要求：

哈希函数必须将不同的键映射到不同的哈希值。
哈希函数必须均匀地分布哈希值，以避免哈希冲突。
哈希函数必须易于计算，以提高HashMap的性能。

冲突处理

哈希冲突是指不同的键映射到相同的哈希值。在HashMap中，冲突处理主要有两种方式：

链表法： 在发生冲突时，将冲突的键值对存储在链表中。链表法简单易用，但随着冲突的增加，链表的长度会不断增长，导致查找和访问效率降低。
红黑树： 在JDK 8中，HashMap在发生冲突时使用红黑树来存储键值对。红黑树是一种平衡二叉搜索树，它可以有效地避免链表过长的问题，并保持较高的查找和访问效率。

扩容策略

随着HashMap中存储的键值对数量不断增加，哈希表的负载因子（Load Factor）也会随之增大。当负载因子达到一定阈值时，HashMap会进行扩容（Rehashing）。扩容是指创建新的哈希表，并将旧哈希表中的键值对重新哈希并存储到新的哈希表中。扩容可以有效地降低哈希表的负载因子，减少冲突的发生，并提高HashMap的性能。

并发控制

在多线程环境中，HashMap需要考虑并发控制问题。为了保证HashMap在并发环境中的正确性和一致性，JDK采用了以下几种并发控制机制：

volatile volatile可以保证变量的可见性，使多个线程能够看到变量的最新值。HashMap使用volatile关键字来修饰size属性，以确保多个线程能够看到HashMap的最新大小。
synchronized关键字： synchronized关键字可以保证代码块的原子性，使多个线程不能同时执行相同的代码块。HashMap使用synchronized关键字来修饰put()、get()、remove()等方法，以保证这些方法在并发环境中的正确执行。