集合框架之HashMap底层实现原理

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Java的集合类是一些非常实用的工具类，主要用于存储和装载数据 (包括对象)，因此，Java的集合类也被成为容器。

在Java中，所有的集合类都位于java.util包下，这些集合类主要是基于两个根接口派生而来，它们就是 Collection和 Map。

Collection & Map?

Collection表示一组对象，这些对象也称为Collection元素。一些 collection 允许有重复的元素，而另一些则不允许。一些 collection 是有序的，而另一些则是无序的。JDK不提供此接口的任何直接实现，而是提供更具体的子接口实现，如 Set 和 List。此接口通常用来传递 collection，并在需要最大普遍性的地方操作这些 collection。

还有一种集合接口Map，Map集合中的元素是以键值对的形式存放的。Map 接口提供三种collection 视图，允许以键集、值集或键-值映射关系集的形式查看某个映射的内容。映射顺序定义为迭代器在映射的collection 视图上返回其元素的顺序。某些映射实现可明确保证其顺序，如 TreeMap 类；另一些映射实现则不保证顺序，如 HashMap 类。

01什么是HashMap?

HashMap是基于哈希表的map接口实现。此实现提供所有可选的映射操作，并允许使用 null 值和 null 键。除了非同步和允许使用 null 之外，HashMap 类与 Hashtable 大致相同。此类不保证映射的顺序，特别是它不保证该顺序恒久不变。

02HashMap实现原理

HashMap基于hashing原理，我们通过put()和get()方法储存和获取对象。当我们将键值对传递给put()方法时，它调用键对象的hashCode()方法来计算hashcode，然后找到bucket位置来储存值对象。

当获取对象时，通过键对象的equals()方法找到正确的键值对，然后返回值对象。HashMap使用链表来解决碰撞问题，当发生碰撞了，对象将会储存在链表的下一个节点中。 HashMap在每个链表节点中储存键值对对象。

03HashMap的初始化

HashMap初始容量是16,可以对其进行扩容,扩容的公式是:newsize = oldsize*2，size一定为2的n次幂。而且扩容是针对整个Map,每次扩容时,原来数组中的元素依次重新计算存放位置，并重新插入。插入元素后才判断该不该扩容，有可能无效扩容（插入后如果扩容，如果没有再次插入，就会产生无效扩容）。

当Map中元素总数超过Entry数组的75%，触发扩容操作，为了减少链表长度，元素分配更均匀。计算index方法：index = hash & (tab.length – 1)

HashMap的初始值还要考虑加载因子：

哈希冲突：若干Key的哈希值按数组大小取模后，如果落在同一个数组下标上，将组成一条Entry链，对Key的查找需要遍历Entry链上的每个元素执行equals()比较。

加载因子：为了降低哈希冲突的概率，默认当HashMap中的键值对达到数组大小的75%时，即会触发扩容。因此，如果预估容量是100，即需要设定100/0.75＝134的数组大小。

空间换时间：如果希望加快Key查找的时间，还可以进一步降低加载因子，加大初始大小，以降低哈希冲突的概率。

TIPS：

HashMap是非synchronized的，但collection框架提供方法能保证HashMap synchronized，这样多个线程同时访问HashMap时，能保证只有一个线程更改Map。

public Object put(Object Key,Object value)方法用来将元素添加到map中。

在HashMap中，null可以作为键，这样的键只有一个，但可以有一个或多个键所对应的值为null。当get()方法返回null值时，即可以表示HashMap中没有该key，也可以表示该key所对应的value为null。因此，在HashMap中不能由get()方法来判断HashMap中是否存在某个key，应该用containsKey()方法来判断。而在Hashtable中，无论是key还是value都不能为null。

实际应用案例