深入理解HashMap

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HashMap是我们使用非常多的Collection,它是基于哈希表的 Map 接口的实现,以key-value的形式存在。今天我们来深入了解一下这个集合的底层原理。

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众所周知，HashMap是一个用于存储Key-Value键值对的集合，每一个键值对也叫做Entry。这些个键值对（Entry）分散存储在一个数组当中，这个数组就是HashMap的主干。

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这个数组在首次使用时进行初始化，每一个元素的初始值都是Null。
为了了解它，我们从Put方法个Get方法来进行阐述。

一、Put方法的原理

HashMap在调用put方法时会先根据Key值来进行哈希运算来得到结果，即：

index =  Hash（“Key”）

假如计算出的index是2，那么就会将它放入index为2的位置，如图：

hashmap_2

但是再完美的Hash函数也难免会出现index冲突的情况。比如下面这样。

hashmap_3

这时候我们就可以使用链表来解决

HashMap数组的每一个元素不止是一个Entry对象，也是一个链表的头节点。每一个Entry对象通过Next指针指向它的下一个Entry节点。当新来的Entry映射到冲突的数组位置时，只需要插入到对应的链表即可：

hashmap_4

需要注意的是，新来的Entry节点插入链表时，使用的是“头插法”。
所以一个完整的HashMap样子应该是这样的

hashmap_5

二、Get方法的原理

使用Get方法根据Key来查找Value的时候，发生了什么呢？

首先会把输入的Key做一次Hash映射，得到对应的index：

index = Hash（“apple”）

由于刚才所说的Hash冲突，同一个位置有可能匹配到多个Entry，这时候就需要顺着对应链表的头节点，一个一个向下来查找。假设我们要查找的Key是“apple”：

hashmap_6

第一步，我们查看的是头节点Entry6，Entry6的Key是banana，显然不是我们要找的结果。

第二步，我们查看的是Next节点Entry1，Entry1的Key是apple，正是我们要找的结果。

之所以把Entry6放在头节点，是因为HashMap的发明者认为，后插入的Entry被查找的可能性更大。

三、哈希方法

如何实现一个尽量均匀分布的Hash函数呢？我们通过利用Key的HashCode值来做某种运算。具体公式如下：

index =  HashCode（Key） &  （Length - 1） 

从公式中我们可以看到运用了HashMap的长度。那么它的长度是多少呢？答案是16。因为这个数字可以尽量避免哈希碰撞，减少相同index的几率。如果你不相信的话，换个别的数字试试？

四、HashMap的扩容

HashMap的容量是有限的。当经过多次元素插入，使得HashMap达到一定饱和度时，Key映射位置发生冲突的几率会逐渐提高。

这时候，HashMap需要扩展它的长度，也就是进行Resize。

影响发生Resize的因素有两个：

1.Capacity
HashMap的当前长度。上一期曾经说过，HashMap的长度是2的幂。
2.LoadFactor
HashMap负载因子，默认值为0.75f。

衡量HashMap是否进行Resize的条件如下：

HashMap.Size   >=  Capacity * LoadFactor

1.扩容
创建一个新的Entry空数组，长度是原数组的2倍。

2.ReHash
遍历原Entry数组，把所有的Entry重新Hash到新数组。为什么要重新Hash呢？因为长度扩大以后，Hash的规则也随之改变。

让我们回顾一下Hash公式：
index = HashCode（Key） & （Length - 1）

当原数组长度为8时，Hash运算是和111B做与运算；新数组长度为16，Hash运算是和1111B做与运算。Hash结果显然不同。

参考文章

漫画：什么是HashMap？

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本文作者： catalinaLi
本文链接： http://catalinali.top/2018/knowHashMap/
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