Java-100天知識進階-HashMap如何在Java中工作-知識鋪

2021-01-19 知識鋪

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一、認識HashMap

Java中的HashMap散列存儲。

1.1 是一種數據結構，它允許我們存儲對象並在我們知道key的情況下在恆定時間O（1）中檢索它。

1.2 在散列中，散列函數用於連接HashMap中的鍵和值。通過調用HashMap的put（key，value）方法存儲對象，並通過調用get（key）方法檢索對象。當我們調用put方法時，調用key對象的hashcode（）方法，以便map的hash函數可以找到存儲value對象的位置，這實際上是內部數組的索引，稱為索引表。

1.3 HashMap在內部以Map.Entry對象的形式存儲映射，該對象包含鍵和值對象。如果要檢索對象，請調用get（）方法並再次傳遞key對象。這一次，key對象生成相同的hashCode。這裡需要注意的是，如果key是自定義變量，需要實現hashCode 和equalsequals方法。 一般使用的是String作為可以，這是由於String實現了自己的hashCode 和方法，只有這樣保證計算出來的索引最終會在同一個桶位置。

1.4 HashMap的內部數組是固定大小的，並且如果你繼續存儲對象，在某些時候hash函數將為兩個不同的鍵返回相同的索引位置，這在HashMap中稱為碰撞。在這種情況下，在該桶位置處形成鍊表，並且將新Entry存儲為下一節點。

1.5 從此鍊表中檢索對象，我們需要額外檢查以搜索正確的值，這是通過equals（）方法完成的。由於每個節點都包含一個Entry，HashMap使用equals（）保持比較Entry的key對象和傳遞的key，當它返回true時，Map返回相應的值。

1.6 搜索內聯列表是O（n）操作，因此在最壞的情況下，哈希衝突將映射減少到鍊表。最近在Java 8中通過將鍊表替換為樹以在O（logN）時間內搜索來解決此問題。

二、Hashtable和HashMap之間的區別

2.1 HashMap 特點

HashMap 允許 null作為key ， 線程不安全， 查詢key時間複雜度 O（1）

2.2 HashMap 的 put 具體操作

HashMap實現調用hashCode方法在Key對象上，將返回的hashcode應用到自己的散列函數中，找到用於存儲Entry對象的存儲桶位置，檢測hashCode碰撞，然後繼續在該桶的位置維護一個鍊表，將該value對應的Entry對象進行存儲下一個節點上。

2.3 HashMap 的 hashCode碰撞

不同的key進行hashcode計算後，然後進行索引定位的時候，容易發生碰撞。這是由於我們的hashMap中的桶個數是一定的，計算的code值進行長度取模的時候，落到同一個索引桶中。

如圖：get方法如何在Java中的HashMap中工作

a. 先計算出 key 的hashcode對應的索引桶位置

b. 索引桶找到後，在遍歷鍊表，進行key，value比較

2.4 為什麼String，Integer和其他包裝類被認為是好的鍵？

String ，Integer 和其他包裝類是HashMap 鍵的自然候選者，String 也是最常用的鍵，因為String是不可變的和final的，並且會覆蓋equals 和hashcode（）方法。其他包裝類也共享類似的屬性。不可變性是必需的，以防止用於計算hashCode（）的欄位發生變化，因為如果key對象在插入和檢索期間返回不同的hashCode，則無法從HashMap 獲取對象。 不可變性是最好的。

2.5 可以在HashMap中使用任何自定義對象作為鍵

Java HashMap中使用任何Object 作為鍵，前提是它覆蓋equals和hashCode方法，並且一旦將對象插入Map，其hashCode就不應該變化。

2.6 使用ConcurrentHashMap代替Hashtable

Hashtable 是同步的，但是ConcurrentHashMap 只通過鎖定分級桶來提供更好的並發性。ConcurrentHashMap 肯定是作為Hashtable 引入的 ，可以代替它使用，但Hashtable 提供比ConcurrentHashMap更強的線程安全性。

三、總結HashMap

3.1 HashMap的工作原理是散列，我們有put（）和get（）方法來存儲和檢索來自HashMap的對象。當我們將key和value傳遞給put（）方法存儲在HashMap上時，它使用key對象hashcode（）通過對該哈希值來計算索引位置。檢索它時使用key對象equals方法來找出與該key關聯的正確key值對和返回值對象。HashMap在發生衝突時使用鍊表，對象將存儲在鍊表的下一個節點中。 此外，HashMap以Map.Entry對象的形式在鍵列表的每個節點中存儲鍵元組和值元組。

3.2 HashMap的hashcode碰撞，它們將存儲在同一個存儲桶中。

3.3 如何在HashMap中處理null鍵？由於equals（）和hashCode（）用於存儲和檢索值，因此在null鍵的情況下它是如何工作的？

null鍵是在HashMap中專門處理的，putForNullKey（V值）和getForNullKey（）有兩種不同的方法。空鍵始終映射到索引0.為了在兩個最常用的操作（get和put）中執行，這個空key被拆分為單獨的方法，但在其他操作中包含條件。簡而言之，在HashMap中使用null鍵時，不使用equals（）和hashcode（）方法。

如圖:

3.4 JDK 1.7和JDK 1.8中的HashMap改進

JDK 1.7： 對HashMap和ArrayList進行了一些性能改進，減少內存消耗。當你創建HashMap例如新的HashMap（）時，它會自動創建一個默認長度的數組

JDK 1.8：HashMap引入了一種改進的策略來處理碰撞。由於散列函數（例如總是返回相同存儲桶的位置），可以將HashMap轉換為連結列表，即將get（）方法轉換為在O（n）而不是O（1）中執行。

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