Java HashMap的工作原理

面试的时候经常会遇见诸如:“java中的HashMap是怎么工作的”,“HashMap的get和put内部的工作原理”这样的问题。本文将用一个简单的例子来解释下HashMap内部的工作原理。首先我们从一个例子开始,而不仅仅是从理论上,这样,有助于更好地理解,然后,我们来看下get和put到底是怎样工作的。

我们来看个非常简单的例子。有一个”国家”(Country)类,我们将要用Country对象作为key,它的首都的名字(String类型)作为value。下面的例子有助于我们理解key-value对在HashMap中是如何存储的。

1. Country.java

2. HashMapStructure.java(main class)

现在,在第23行设置一个断点,在项目上右击->调试运行(debug as)->java应用(java application)。程序会停在23行,然后在countryCapitalMap上右击,选择“查看”(watch)。将会看到如下的结构:

从上图可以观察到以下几点:

  1. 有一个叫做table大小是16的Entry数组。
  2. 这个table数组存储了Entry类的对象。HashMap类有一个叫做Entry的内部类。这个Entry类包含了key-value作为实例变量。我们来看下Entry类的结构。Entry类的结构:
  1. 每当往hashmap里面存放key-value对的时候,都会为它们实例化一个Entry对象,这个Entry对象就会存储在前面提到的Entry数组table中。现在你一定很想知道,上面创建的Entry对象将会存放在具体哪个位置(在table中的精确位置)。答案就是,根据key的hashcode()方法计算出来的hash值(来决定)。hash值用来计算key在Entry数组的索引。
  2. 现在,如果你看下上图中数组的索引10,它有一个叫做HashMap$Entry的Entry对象。
  3. 我们往hashmap放了4个key-value对,但是看上去好像只有2个元素!!!这是因为,如果两个元素有相同的hashcode,它们会被放在同一个索引上。问题出现了,该怎么放呢?原来它是以链表(LinkedList)的形式来存储的(逻辑上)。

上面的country对象的key-value的hash值是如何计算出来的。

`

<code>Japan的Hash值是95,它的长度是奇数。

India的Hash值是95,它的长度是奇数。

Russia的Hash值是31,它的长度是偶数。

France,它的长度是偶数。
</code>

`

下图会清晰的从概念上解释下链表。

所以,现在假如你已经很好地了解了hashmap的结构,让我们看下put和get方法。

Put :

让我们看下put方法的实现:

现在我们一步一步来看下上面的代码。

  1. 对key做null检查。如果key是null,会被存储到table[0],因为null的hash值总是0。
  2. key的hashcode()方法会被调用,然后计算hash值。hash值用来找到存储Entry对象的数组的索引。有时候hash函数可能写的很不好,所以JDK的设计者添加了另一个叫做hash()的方法,它接收刚才计算的hash值作为参数。如果你想了解更多关于hash()函数的东西,可以参考:hashmap中的hash和indexFor方法
  3. indexFor(hash,table.length)用来计算在table数组中存储Entry对象的精确的索引。
  4. 在我们的例子中已经看到,如果两个key有相同的hash值(也叫冲突),他们会以链表的形式来存储。所以,这里我们就迭代链表。
  • 如果在刚才计算出来的索引位置没有元素,直接把Entry对象放在那个索引上。
  • 如果索引上有元素,然后会进行迭代,一直到Entry->next是null。当前的Entry对象变成链表的下一个节点。
  • 如果我们再次放入同样的key会怎样呢?逻辑上,它应该替换老的value。事实上,它确实是这么做的。在迭代的过程中,会调用equals()方法来检查key的相等性(key.equals(k)),如果这个方法返回true,它就会用当前Entry的value来替换之前的value。

Get:

现在我们来看下get方法的实现:

当你理解了hashmap的put的工作原理,理解get的工作原理就非常简单了。当你传递一个key从hashmap总获取value的时候:

  1. 对key进行null检查。如果key是null,table[0]这个位置的元素将被返回。
  2. key的hashcode()方法被调用,然后计算hash值。
  3. indexFor(hash,table.length)用来计算要获取的Entry对象在table数组中的精确的位置,使用刚才计算的hash值。
  4. 在获取了table数组的索引之后,会迭代链表,调用equals()方法检查key的相等性,如果equals()方法返回true,get方法返回Entry对象的value,否则,返回null。

要牢记以下关键点:

  • HashMap有一个叫做Entry的内部类,它用来存储key-value对。
  • 上面的Entry对象是存储在一个叫做table的Entry数组中。
  • table的索引在逻辑上叫做“桶”(bucket),它存储了链表的第一个元素。
  • key的hashcode()方法用来找到Entry对象所在的桶。
  • 如果两个key有相同的hash值,他们会被放在table数组的同一个桶里面。
  • key的equals()方法用来确保key的唯一性。
  • value对象的equals()和hashcode()方法根本一点用也没有。

原文链接: javacodegeeks 翻译: ImportNew.com - miracle1919 译文链接: http://www.importnew.com/10620.html

原文发布于微信公众号 - java一日一条(mjx_java)

原文发表时间:2015-05-20

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