Java中HashSet、HashMap的低层数据结构

以下先讲解HashMap

开始先简单总结：

• HashMap在JDK8之前底层：数组 + 链表
• HashMap在JDK8之后底层：数组 + 链表 + 红黑树

在底层存储的时候必定有数组，链表与红黑树是在特定情况下产生的。

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1.HashMap底层

1.1Hash底层存储结构

1.首先HashMap中的Key与Value是存储在Node对象中，作为Node对象的属性出现：

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2.Node对象是存储在Node数组中：

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3.最重要的一点，Node存储在数组中的模式使用的是Set集合的存储思想：无序、不可重复

无序：在存储到Node[]数组的时候，并不是顺序存储，而是根据key的hash值计算得来的存储位置。
不可重复：Key是不可重复的，为什么呢？后面会讲。

现在我们知道了：HashMap集合Key与Value存储在对象中，对象存储在数组中
Key、Value --> 对象 --> 数组
如下图：

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1.2 HashMap为什么是无序的？不可重复的？

1.向HashMap中添加一组值：map.put(key, value);

2. 计算hash值：这时系统会根据key值，调用key所在类的hashCode()方法计算hash值

所以为什么存储在map中的对象，需要所在类重写hashCode()方法

3. 计算index值：再根据hash值计算index index = (length - 1) & hash (length当前底层数组的长度) index就是存储在数组中的位置（下标）。

总结：因为Node对象存储在数组中的位置是根据Key值计算得来，所以并不是顺序存储进去的（所以是无序的），同时因为相同的Key计算出来的index也是相同的，当Key相同时会用当前node替换原始的node，但是还是保持一个map中key值是唯一的（不可重复性）体现在下面源码中：

其中 p 是新增的 node，e是原始的 node：如果hash值相同，key相同，就用新增的替换原来的

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我们看到还调用了 key.equals(k), 前面的 k == key 判断地址，后面 equals 判断内容，保持绝对相等

所以我们除了为什么无序、不可重复，还得出结论：存储在HashMap中的对象需要重写 hashCode() 与 equals() 这两个方法

为什么要使用hash值计算index进行无序存储呢？当我们查找一个key对应的value的时候，就不需要顺序遍历底层数组了，直接计算index值，去对应位置拿就行。比list查找效率大大提升。而且map集合设计之初就是用来根据key取value值的存储结构，需要承担大量查找操作。

1.3 链表与红黑树是如何产生的

1.当我们添加一组值的时候，map.put(key, value);通过key的hash值计算得到的index，拿着index去数组中存储的时候发现该位置已经有数据了怎么办？

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2.那么就会先比较 hash 值，再比较 key 地址值，最后比较key的内容是否相等，如果还是相等呢？那么node中的next属性就派上用场了：

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3.系统就会将当前对象node赋值给next，让它链接到原始node的后面（jdk8之后是新node链接到原始的后面，jdk8之前是把新的对象放在数组中，把原始对象链接到新node的后面，总之都是形成一个单向链表）就形成了：数组 + 链表：

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4.什么时候会形成红黑树呢？提到下面两个关键的变量：

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5.当链表长度达到8，且数组长度达到64时候就会转换为红黑树进行存储。如果链表长度达到8，数组长度还未小于64，就会先进性扩容。

HashMap的每一次扩容都会重新计算每个node的index，因为 index = (length - 1) & hash,index与数组长度有关。这样也能减少链表与红黑树的出现。

6.所以后续就有可能形成：数组+链表+红黑树 的情况（也不排除偶然：每个计算的index都不相同，只有数组，那就太爽了）：

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1.4 HashMap何时会进行扩容？

List 默认底层默认是长度为10的数组，存满了（进来第11个元素），就扩容。
HashMap 底层默认是长度为16的数组，加载因子是0.75，也就是说存储超过数组长度在75%也就第一次扩容是12个的时候就会进行扩容。

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为什么不存储满了再扩容呢？因为存储位置是计算出来的，万一计算出来的index就是不会出现2，那么2这个位置永远不会存储元素。那就完蛋。
同时，如上面描述的也会在长度未达到64，链表长度就达到8的时候扩容。

现在我们就基本讲完了HashMap的底层了。

2.LinkedHashMap

其实也就是在HashMap的基础上增加了双向指针，指向前一个，后一个，方便遍历。

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3.HashSet

为什么放在最后讲，因为Set集合的底层就是调用了HashMap：
创建的时候构造器new了一个HashMap：

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添加的时候调用HashMap的put方法：

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只不过在一开始new了一个单例的Object作为value：

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4.LinkedHashSet

实际上LinkedHashSet底层就是一个LinkedHashMap

LinkedHashSet构造器调用了HashSet中的构造器

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HashSet中的这个构造器创建LinkedHashMap对象返回。

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总结：
HashMap
默认初始化数组长度：16
扩容倍数：2倍
HashMap的默认加载因子：0.75
Bucket中链表长度大于该默认值，转化为红黑树 : 8
桶中的Node被树化时最小的hash表容量：64

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HashMap 是大哥
LinkedHashMap 就是在 HashMap 基础上增加双向链表
HashSet 底层就是 HashMap
LinkedHashSet 底层就是 LinkedHashMap