安卓姿势点梳理-HashMap底层实现原理与碰撞问题

HashMap的工作原理

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，让后找到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①，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。

当两个不同的键对象的hashcode相同时会发生什么？ 它们会储存在同一个bucket位置的链表中。键对象的equals()方法用来找到键值对。

①HashMap碰撞问题：

由于hash算法有可能使不同的元素计算出同一个hashcode，当多个不同key值的hashcode相同并要存入hashmap时，称为hashmap的碰撞。

hashmap的碰撞使用拉链法解决冲突，把HashCode相同的Value连成链表. get的时候根据Key又去桶里找，如果获得的是链表说明是冲突的，此时还需要检测Key是否相同。

 

HashMap中用的最多的方法就属put() 和 get() 方法；HashMap的Key值是唯一的，那如何保证唯一性呢？我们首先想到的是用equals比较，没错，这样可以实现，但随着内部元素的增多，put和get的效率将越来越低，这里的时间复杂度是O(n)，假如有1000个元素，put时最差情况需要比较1000次。实际上，HashMap很少会用到equals方法，因为其内通过一个哈希表管理所有元素，哈希是通过hash单词音译过来的，也可以称为散列表，哈希算法可以快速的存取元素，当我们调用put存值时，HashMap首先会调用Key的hash方法，计算出哈希码，通过哈希码快速找到某个存放位置（桶），这个位置可以被称之为bucketIndex，但可能会存在多个元素找到了相同的bucketIndex，有个专业名词叫碰撞，当碰撞发生时，这时会取到bucketIndex位置已存储的元素，最终通过equals来比较，equals方法就是碰撞时才会执行的方法，所以前面说HashMap很少会用到equals。HashMap通过hashCode和equals最终判断出Key是否已存在，如果已存在，则使用新Value值替换旧Value值，并返回旧Value值，如果不存在 ，则存放新的键值对到bucketIndex位置。

1、HashMap通过键的hashCode来快速的存取元素。

2、当不同的对象发生碰撞时，HashMap通过单链表来解决，将新元素加入链表表头，通过next指向原有的元素。单链表在Java中的实现就是对象的引用(复合)。  

 

HashMap实现原理

　HashMap的主干是一个Entry数组。Entry是HashMap的基本组成单元，每一个Entry包含一个key-value键值对。

/HashMap的主干数组，可以看到就是一个Entry数组，初始值为空数组{}，主干数组的长度一定是2的次幂，至于为什么这么做，后面会有详细分析。
transient Entry[] table = (Entry[]) EMPTY_TABLE;

 Entry是HashMap中的一个静态内部类。代码如下

    static class Entry implements Map.Entry {
        final K key;
        V value;
        Entry next;//存储指向下一个Entry的引用，单链表结构
        int hash;//对key的hashcode值进行hash运算后得到的值，存储在Entry，避免重复计算

        /**
         * Creates new entry.
         */
        Entry(int h, K k, V v, Entry n) {
            value = v;
            next = n;
            key = k;
            hash = h;
        } 

从中我们得知Entry存储的内容有key、value、hash值、和next下一个Entry，那么，这些Entry数据是按什么规则进行存储的呢？就是通过计算元素key的hash值，然后对HashMap中数组长度取余得到该元素存储的位置，计算公式为hash(key)%len，比如：假设hash(14)=14,hash(30)=30,hash(46)=46 我们对len取余，得到hash(14)%16=14,hash(30)%16=14，hash(46)%16=14。所以hash值为14的这个元素存储在数组下标为14的位置。

 所以，HashMap的整体结构如下

　　

　　简单来说，HashMap由数组+链表组成的，数组是HashMap的主体，链表则是主要为了解决哈希冲突而存在的，如果定位到的数组位置不含链表（当前entry的next指向null）,那么对于查找，添加等操作很快，仅需一次寻址即可；如果定位到的数组包含链表，对于添加操作，其时间复杂度依然为O(1)，因为最新的Entry会插入链表头部，仅需简单改变引用链即可，而对于查找操作来讲，此时就需要遍历链表，然后通过key对象的equals方法逐一比对查找。所以，性能考虑，HashMap中的链表出现越少，性能才会越好