揭开 HashMap 树化逻辑的神秘面纱：10 分钟深入浅出的讲解

2023-02-04 02:22:30

HashMap 的树化逻辑：深入理解 HashMap 优化机制

在 Java 中，HashMap 是一种广泛使用的集合类型，以其快速高效的查找和插入操作而闻名。然而，为了进一步提升性能，HashMap 采用了一种巧妙的优化机制，即树化逻辑。本文将深入探讨 HashMap 的树化逻辑，揭开其优化机制背后的奥秘。

1. 哈希冲突与链表

HashMap 基于哈希函数将键值对映射到一个数组（哈希表）中。当多个键值对映射到同一个哈希值时，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键值对存储在一个桶中。

2. 树化：从链表到红黑树

当链表中的元素数量超过一定阈值（默认为 8）时，HashMap 会将链表转换为一棵红黑树。红黑树是一种平衡二叉搜索树，具有查找速度快、平衡性好等优点。

3. 树化的过程

树化过程如下：

将链表中的元素按照键值从小到大排序。
将排序后的元素插入到红黑树中。
将红黑树的根节点设置为链表的头节点。

4. 树化后的查找

当键值映射到一个链表时，需要遍历链表来查找相应的键值对。如果键值映射到一棵红黑树，则可以使用红黑树的高效查找算法来快速找到相应的键值对。

5. 树化逻辑的意义

树化逻辑通过将链表转换为红黑树，有效地减少了哈希冲突，提高了查找效率。它将链表的查找时间复杂度 O(n) 降低到红黑树的 O(log n)，大大提升了 HashMap 的性能。

示例代码

import java.util.HashMap;
import java.util.Map;

public class HashMapTreeify {

    public static void main(String[] args) {
        // 创建一个 HashMap
        HashMap<Integer, String> map = new HashMap<>();

        // 添加大量键值对，引发哈希冲突
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            map.put(i, "Value" + i);
        }

        // 打印 HashMap 的树化情况
        System.out.println("HashMap 树化情况：");
        for (Map.Entry<Integer, String> entry : map.entrySet()) {
            if (entry.getValue().getClass().equals(java.util.HashMap.TreeNode.class)) {
                System.out.println("键：" + entry.getKey() + "，值：" + entry.getValue() + "，已树化");
            } else {
                System.out.println("键：" + entry.getKey() + "，值：" + entry.getValue() + "，未树化");
            }
        }
    }
}