【Java】HashMap的实现原理

一、简介

HashMap是基于Map接口的具体实现类，可以存储null键和null值。

相比于Hashtable，HashMap是线程不安全的，没有同步操作，效率高。

二、键唯一性

HashMap中的泛型是<K,V>格式的，在具体的实现中，HashMap是可以保证键的唯一性的，但是存在特殊情况。

• 如果是基本数据类型或者内置数据类型的包装类，例如：Integer、String等，可以保证键的唯一性。如果添加相同的键的数据多次，则会按照添加顺序覆盖最先添加的数据。
• 如果是引用数据，如Object类，则不能保证键的唯一性，即不能保证去重效果。想要保证去重效果，则需要在定义类的时候重写hashCode()方法和equals()方法

三、结构

在jdk 8中，HashMap是由数组+链表+红黑树共同实现的。

四、扩容

• 扩容长度：默认数组的长度是16，并且发生扩容的时候，长度都为之前的2倍。也就是说，长度只可能为16、32、64……
• 加载因子：扩容发生的阈值，因为扩容是在容量用完之前就需要进行的。如果等到用完之后需要添加大量数据，这个时候还没来得及扩容就会发生容量不够用的情况。
  • 目前的阈值参数为0.75。如果按照初始值容量计算，当占用容量空间达到16*0.75=12时，就会发生扩容，扩容之后的容量变为16*2=32；后续情况依此类推。
• 转换为红黑树：当哈希表上同一位置上的数据过多，即单一Node上的数据量过多，该Node上的数据默认会使用链表的结构进行排列，数据过多就会造成效率低下，JDK 8中对此情况做了优化：数据量到一定程度的时候，将链表形式的数据转换为红黑树的结构。
  • 转换条件：如果一条链表中元素的个数达到TREEIFY_THRESHOLD（默认是8），并且table的长度大于 MIN_TREEIFY_CAPACITY（默认是64），就会将链表转为红黑树来提高效率（JDK 8）。
  • 如果一条链表中元素的个数达到TREEIFY_THRESHOLD（默认是8），并且table的长度小于 MIN_TREEIFY_CAPACITY（默认是64），那么链表并不会转为红黑树，而是将数组扩大至原来的2倍（并且是每添加一 次就扩大2倍），直到数组长度达到64（此时链表就可以转为红黑树了），也就达到了效率最高。
    • 前者满足，后者不满足：则链表中每添加一个数据，数组长度扩大为原来的两倍，直至table的长度达到 MIN_TREEIFY_CAPACITY（默认是64），转换为红黑树。
    • 前者不满足，后者满足：链表中数据长度不足够转换为红黑树，两者效率差距不大，直至链表中数据增加至TREEIFY_THRESHOLD（默认是8），转换为红黑树。

五、TreeMap

TreeMap是基于红黑树（Red-Black tree）的 NavigableMap 的实现类。

该映射根据其键的自然顺序进行排序， 或者根据创建映射时提供的 Comparator 进行排序，具体取决于使用的构造方法。

实现类中不包含同步代码块，线程非安全，效率高。