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TUhjnbcbe - 2021/2/13 11:49:00

前言

HashMap采用Entry数组来存储key-value对,每一个键值对组成了一个Entry实体,Entry类实际上是一个单向的链表结构,它具有Next指针,可以连接下一个Entry实体,以此来解决Hash冲突的问题。数组存储区间是连续的,占用内存严重,故空间复杂的很大。但数组的二分查找时间复杂度小,为O(1);数组的特点是:寻址容易,插入和删除困难;链表存储区间离散,占用内存比较宽松,故空间复杂度很小,但时间复杂度很大,达O(N)。链表的特点是:寻址困难,插入和删除容易。HashMap可以使用null作为key,但是尽量不建议这样使用。

HashMap底层的数据存储结构

Entry[]数组对象

HashMap由数组+链表

JDK1.8HashMap的改变

1,HashMap是由数组+链表+红黑树

在Jdk1.8中HashMap的实现方式做了一些改变,但是基本思想还是没有变得,只是在一些地方做了优化,下面来看一下这些改变的地方,数据结构的存储由数组+链表的方式,变化为数组+链表+红黑树的存储方式,当链表长度超过阈值(8)时且数组的容量大于等于64,将链表转换为红黑树。在性能上进一步得到提升。

为什么要引入红黑树?

红黑树是一种自平衡二叉查找树,是计算机科学领域中的一种数据结构,典型的用途是实现关联数组,存储有序的数据。它是在年由RudolfBayer发明的,别称"对称二叉B树",它现代的名字由LeoJ.Guibas和RobertSedgewick于年写的一篇论文中获得的。它是复杂的,但它的操作有着良好的最坏情况运行时间,并且在实践中是高效的。它可以在O(logn)时间内做查找,插入和删除,这里的n是树的结点个数。是为了解决链表的查询效率低的问题,链表的查询时间复杂度O(N),尤其针对链表长度很长的时候。就是hash冲突比较严重的时候,转换为很长的单向链表。此时的时间复杂度O(N)。在这个时候符合泊松分布。使用红黑树后,可以使得查询时间复杂度提升到O(logn),红黑树是可以旋转。达到一个动态的平衡。2,为什么数组的容量是2的倍数,扩容为啥是两倍目的减少碰撞几率。2的倍数-1得到二进制位全部是1,和计算值后保证结果是单一,如果二进制位数0越多,hash碰撞的概率越大。比如看下面一个例子,2的4次方减一,二进制值是,结果是,还是。结果值是单一的不变。如果不是2的4次方,比如15,二进制值是,结果是,结果也是,此时和就发送碰撞。数组扩容后的索引位置如何变化?

数组初始长度=16。

32位的二进制值表示如下:

n-00000

hash10000

(n-1)hash1的结果=5(index=5的位置)

n-00000

hash20001

(n-1)hash2的结果=5(index=5的位置)

在数组长度为16的时候,他们两个hash值的位置是一样的,用链表来处理,出现一个hash冲突的问题

如果数组的长度扩容之后=32,重新对每个hash值进行寻址,也就是用每个hash值跟新数组的length-1进行与操作

n-00001

hash10000

(n-1)hash1的结果=5(index=5的位置)

n-00001

hash20001

(n-1)hash2结果=21(index=21的位置)

判断二进制结果中是否多出一个bit的1,如果没多,那么就是原来的index,如果多了出来,那么就是index+oldCap,oldCap是初始容量,通过这个方式,就避免了rehash的时候,用每个hash对新数组.length取模,取模性能不高,位运算的性能比较高。

扩容后,链表拆分成两部分,高位和低位,低位不变,高危多出一个0还是一个1.

3,链表也是为了解决hash冲突对key进行哈希的时候,需要找到对应在数组中的索引位置,如果不同的key在数组中占用形同的索引位置,需要怎么存放?--链表就诞生了。不同key在哈希后在Entry[]相同的位置,根据key-value形式存储在链表中,在链表的尾部插入。4,红黑树什么时候会退化成链表当链表的长度小于6,且有在resize的时候才会根据UNTREEIFY_THRESHOLD进行转换。HashMap的负载因子是0.75,6/8=0.75,这个是为了满足这个实现来设计?还是是故意为之或者说是纯属巧合--留给你们去猜测5,Hash算法优化hash方法的源码如下:

staticfinalinthash(Objectkey){inth;return(key==null)?0:(h=key.hashCode())^(h16)

}

这段代码的意思就是,key为null,返回0,key非空的时候,对key进行hash异或key进行hash向右移16位。异或原则就是,相同就是0,不同就是1.

例子:

10100100

0000

000001000011-?int值,32位

上面代码的目的就是把10100100的高16位和低16位进行异或。

为什么要这么做?

--为了减少hash碰撞

高低16位的异或运算可以最大程度让hash值不一样,最大程度的减少hash碰撞。

6,寻址算法优化

finalVputVal(inthash,Kkey,Vvalue,booleanonlyIfAbsent,booleanevict){NodeK,V[]tab;NodeK,Vp;intn,i;if((tab=table)==null

(n=tab.length)==0)n=(tab=resize()).length;if((p=tab[i=(n-1)hash])==null)//--重点

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