這篇文章主要介紹了HashMap工作原理_動力節點Java學院整理,需要的朋友可以參考下
#實際上，HashSet 和HashMap 之間有很多相似之處，對於HashSet 而言，系統採用Hash 演算法決定集合元素的儲存位置，這樣可以保證能快速存、取集合元素；對於HashMap 而言，系統key-value 當成一個整體進行處理，系統總是根據Hash 演算法來計算key-value 的存儲位置，這樣可以保證能快速儲存、取Map 的key-value 對。
在介紹集合儲存之前需要指出一點：雖然集合號稱儲存的是Java 物件，但實際上並不會真正將Java 物件放入Set 集合中，只是在Set 集合中保留這些物件的引用而言。也就是說：Java 集合其實是多個引用變數所組成的集合，這些引用變數指向實際的 Java 物件。就像引用類型的數組一樣，當我們把Java 物件放入數組之時，並不是真正的把Java 物件放入數組中，只是把物件的引用放入數組中，每個數組元素都是一個引用變數。
HashMap儲存的實作（put()方法）
#當程式試圖將多個key-value放入HashMap中是，以如下程式碼片段為例：
HashMap<String , Double> map = new HashMap<String , Double>();
map.put("语文" , 80.0);
map.put("数学" , 89.0);
map.put("英语" , 78.2);登入後複製
HashMap採用了一種所謂的「Hash演算法」來決定每個元素的儲存位置。
當程式執行map.put("語文",80.0)時，系統會呼叫"語文"（即Key）的hashCode()方法得到其hashCode值---每個java物件都有hashCode ()方法，都可以透過此方法得到它的hashCode值。得到這個物件的hashCode值之後，系統會根據hashCode值來決定 該元素的儲存位置。
我們可以看HashMap類別的put(K key,V value)方法的原始碼：
public V put(K key, V value)
{
// 如果 key 为 null，调用 putForNullKey 方法进行处理
if (key == null)
return putForNullKey(value);
// 根据 key 的 keyCode 计算 Hash 值
int hash = hash(key.hashCode());
// 搜索指定 hash 值在对应 table 中的索引
int i = indexFor(hash, table.length);
// 如果 i 索引处的 Entry 不为 null，通过循环不断遍历 e 元素的下一个元素
for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next)
{
Object k;
// 找到指定 key 与需要放入的 key 相等（hash 值相同
// 通过 equals 比较放回 true）
if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key
|| key.equals(k)))
{
V oldValue = e.value;
e.value = value;
e.recordAccess(this);
return oldValue;
}
}
// 如果 i 索引处的 Entry 为 null，表明此处还没有 Entry
modCount++;
// 将 key、value 添加到 i 索引处
addEntry(hash, key, value, i);
return null;
}登入後複製
上面程式中用到了一個重要的內部介面：Map.Entry，每個Map.Entry 其實就是一個key-value 對。從上面程式可以看出：當系統決定儲存 HashMap 中的 key-value 對時，完全沒有考慮 Entry 中的 value，只根據 key 來計算並決定每個 Entry 的儲存位置。這也說明了前面的結論：我們完全可以把 Map 集合中的 value 當成 key 的附屬，當系統決定了 key 的存儲位置之後，value 隨之保存在那裡即可。
上面方法提供了一個根據hashCode() 傳回值來計算Hash 碼的方法：hash()，這個方法是一個純粹的數學計算，其方法如下：
static int hash(int h)
{
h ^= (h >>> 20) ^ (h >>> 12);
return h ^ (h >>> 7) ^ (h >>> 4);
}登入後複製
對於任意給定的對象，只要它的hashCode() 傳回值相同，那麼程式呼叫hash(int h) 方法所計算得到的Hash 碼值總是相同的。接下來程式會呼叫 indexFor(int h, int length) 方法來計算該物件應該保存在 table 陣列的哪個索引處。
indexFor(int h, int length) 方法的程式碼如下：
static int indexFor(int h, int length)
{
return h & (length-1);
}登入後複製
這個方法非常巧妙，它總是透過h &(table.length -1) 來得到該物件的保存位置－而HashMap 底層陣列的長度總是2 的n 次方，這一點可參考後面關於HashMap 建構器的介紹。
當length 總是2 的倍數時，h & (length-1)將是一個非常巧妙的設計：假設h=5,length=16, 那麼h & length - 1 將得到5；如果h=6,length=16, 那麼h & length - 1 將得到6 ……如果h=15,length=16, 那麼h & length - 1 將得到15；但是當h=16 時, length=16 時，那麼h & length - 1 將得到0 了；當h=17 時, length=16 時，那麼h & length - 1 將得到1 了…這樣保證計算得到的索引值總是位於table 數組的索引之內。
根據上面put 方法的原始碼可以看出，當程式試圖將一個key-value 對放入HashMap 中時，程式首先根據該key 的hashCode() 傳回值決定該Entry 的儲存位置：如果兩個Entry 的key 的hashCode() 回傳值相同，則它們的儲存位置相同。如果這兩個 Entry 的 key 透過 equals 比較傳回 true，新加入 Entry 的 value 將覆蓋集合中原有 Entry 的 value，但 key 不會覆寫。如果這兩個Entry 的key 透過equals 比較回傳false，新加入的Entry 會與集合中原有Entry 形成Entry 鏈，而且新加入的Entry 位於Entry 鏈的頭部－具體說明繼續看addEntry() 方法的說明。
当向 HashMap 中添加 key-value 对，由其 key 的 hashCode() 返回值决定该 key-value 对（就是 Entry 对象）的存储位置。当两个 Entry 对象的 key 的 hashCode() 返回值相同时，将由 key 通过 eqauls() 比较值决定是采用覆盖行为（返回 true），还是产生 Entry 链（返回 false）。
上面程序中还调用了 addEntry(hash, key, value, i); 代码，其中 addEntry 是 HashMap 提供的一个包访问权限的方法，该方法仅用于添加一个 key-value 对。下面是该方法的代码：
void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex)
{
// 获取指定 bucketIndex 索引处的 Entry
Entry<K,V> e = table[bucketIndex]; // ①
// 将新创建的 Entry 放入 bucketIndex 索引处，并让新的 Entry 指向原来的 Entry
table[bucketIndex] = new Entry<K,V>(hash, key, value, e);
// 如果 Map 中的 key-value 对的数量超过了极限
if (size++ >= threshold)
// 把 table 对象的长度扩充到 2 倍。
resize(2 * table.length); // ②
}登入後複製
上面方法的代码很简单，但其中包含了一个非常优雅的设计：系统总是将新添加的 Entry 对象放入 table 数组的 bucketIndex 索引处——如果 bucketIndex 索引处已经有了一个 Entry 对象，那新添加的 Entry 对象指向原有的 Entry 对象（产生一个 Entry 链），如果 bucketIndex 索引处没有 Entry 对象，也就是上面程序①号代码的 e 变量是 null，也就是新放入的 Entry 对象指向 null，也就是没有产生 Entry 链。
什么是Map.Entry？
Map是java中的接口，Map.Entry是Map的一个内部接口。
Map提供了一些常用方法，如keySet()、entrySet()等方法，keySet()方法返回值是Map中key值的集合；entrySet()的返回值也是返回一个Set集合，此集合的类型为Map.Entry。
Map.Entry是Map声明的一个内部接口，此接口为泛型，定义为Entry。它表示Map中的一个实体（一个key-value对）。接口中有getKey(),getValue方法。
由以上可以得出，遍历Map的常用方法：
1. Map map = new HashMap();
Irerator iterator = map.entrySet().iterator();
while(iterator.hasNext()) {
Map.Entry entry = iterator.next();
Object key = entry.getKey();
//
}
2.Map map = new HashMap();
Set keySet= map.keySet();
Irerator iterator = keySet.iterator;
while(iterator.hasNext()) {
Object key = iterator.next();
Object value = map.get(key);
//
}登入後複製
另外，还有一种遍历方法是，单纯的遍历value值，Map有一个values方法，返回的是value的Collection集合。通过遍历collection也可以遍历value,如
Map map = new HashMap();
Collection c = map.values();
Iterator iterator = c.iterator();
while(iterator.hasNext()) {
Object value = iterator.next();
}登入後複製
Map.Entry是Map内部定义的一个接口，专门用来保存key→value的内容。Map.Entry的定义如下：
1. public static interface Map.Entry
Map.Entry是使用static关键字声明的内部接口，此接口可以由外部通过"外部类.内部类"的形式直接调用。
Map.Entry接口的常用方法
序号 | 方法 | 类型 | 描述 |
1 | public boolean equals(Object o) | 普通 | #物件比較 |
#2 | #public K getKey() | 普通 | 取得key |
|
|
| # 3
|
public V getValue()
普通 |
取得value |
| 4
|
public int hashCode()
#普通 | ##回傳哈希碼 #####################5##################public V setValue(V值)###### | 普通 | 设置value的值 |
从之前的内容可以知道，在Map的操作中，所有的内容都是通过key→value的形式保存数据的，那么对于集合来讲，实际上是将key→value的数据保存在了Map.Entry的实例之后，再在Map集合中插入的是一个Map.Entry的实例化对象，如下图所示。
提示：Map.Entry在集合输出时会使用到。
在一般的Map操作中（例如，增加或取出数据等操作）不用去管Map.Entry接口，但是在将Map中的数据全部输出时就必须使用Map.Entry接口
当 HashMap 的每个 bucket 里存储的 Entry 只是单个 Entry ——也就是没有通过指针产生 Entry 链时，此时的 HashMap 具有最好的性能：当程序通过 key 取出对应 value 时，系统只要先计算出该 key 的 hashCode() 返回值，在根据该 hashCode 返回值找出该 key 在 table 数组中的索引，然后取出该索引处的 Entry，最后返回该 key 对应的 value 即可。看 HashMap 类的 get(K key) 方法代码：
public V get(Object key)
{
// 如果 key 是 null，调用 getForNullKey 取出对应的 value
if (key == null)
return getForNullKey();
// 根据该 key 的 hashCode 值计算它的 hash 码
int hash = hash(key.hashCode());
// 直接取出 table 数组中指定索引处的值，
for (Entry<K,V> e = table[indexFor(hash, table.length)];
e != null;
// 搜索该 Entry 链的下一个 Entr
e = e.next) // ①
{
Object k;
// 如果该 Entry 的 key 与被搜索 key 相同
if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key
|| key.equals(k)))
return e.value;
}
return null;
}登入後複製
从上面代码中可以看出，如果 HashMap 的每个 bucket 里只有一个 Entry 时，HashMap 可以根据索引、快速地取出该 bucket 里的 Entry；在发生“Hash 冲突”的情况下，单个 bucket 里存储的不是一个 Entry，而是一个 Entry 链，系统只能必须按顺序遍历每个 Entry，直到找到想搜索的 Entry 为止——如果恰好要搜索的 Entry 位于该 Entry 链的最末端（该 Entry 是最早放入该 bucket 中），那系统必须循环到最后才能找到该元素。
归纳起来简单地说，HashMap 在底层将 key-value 当成一个整体进行处理，这个整体就是一个 Entry 对象。HashMap 底层采用
一个 Entry[] 数组来保存所有的 key-value 对，当需要存储一个 Entry 对象时，会根据 Hash 算法来决定其存储位置；当需要取出一个 Entry 时，也会根据 Hash 算法找到其存储位置，直接取出该 Entry。由此可见：HashMap 之所以能快速存、取它所包含的 Entry，完全类似于现实生活中母亲从小教我们的：不同的东西要放在不同的位置，需要时才能快速找到它。
当创建 HashMap 时，有一个默认的负载因子（load factor），其默认值为 0.75，这是时间和空间成本上一种折衷：增大负载因子可以减少 Hash 表（就是那个 Entry 数组）所占用的内存空间，但会增加查询数据的时间开销，而查询是最频繁的的操作（HashMap 的 get() 与 put() 方法都要用到查询）；减小负载因子会提高数据查询的性能，但会增加 Hash 表所占用的内存空间。
掌握了上面知识之后，我们可以在创建 HashMap 时根据实际需要适当地调整 load factor 的值；如果程序比较关心空间开销、内存比较紧张，可以适当地增加负载因子；如果程序比较关心时间开销，内存比较宽裕则可以适当的减少负载因子。通常情况下，程序员无需改变负载因子的值。
如果开始就知道 HashMap 会保存多个 key-value 对，可以在创建时就使用较大的初始化容量，如果 HashMap 中 Entry 的数量一直不会超过极限容量（capacity * load factor），HashMap 就无需调用 resize() 方法重新分配 table 数组，从而保证较好的性能。当然，开始就将初始容量设置太高可能会浪费空间（系统需要创建一个长度为 capacity 的 Entry 数组），因此创建 HashMap 时初始化容量设置也需要小心对待。
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