Java HashMap的工作原理
面试的时候经常会遇见诸如:“java中的HashMap是怎么工作的”,“HashMap的get和put内部的工作原理”这样的问题。本文将用一个简单的例子来解释下HashMap内部的工作原理。首先我们从一个例子开始,而不仅仅是从理论上,这样,有助于更好地理解,然后,我们来看下get和put到底是怎样工作的。我们来看个非常简单的例子。有一个”国家”(Country)类,我们将要用Country对象作为key,它的首都的名字(String类型)作为value。下面的例子有助于我们理解key-value对在HashMap中是如何存储的。1. Country.javapackage org.arpit.javapostsforlearning;public class Country {String name;long population;public Country(String name, long population) {super();this.name = name;this.population = population;}public String getName() {return name;}public void setName(String name) {this.name = name;}public long getPopulation() {return population;}public void setPopulation(long population) {this.population = population;}// If length of name in country object is even then return 31(any random number) and if odd then return 95(any random number).// This is not a good practice to generate hashcode as below method but I am doing so to give better and easy understanding of hashmap.@Overridepublic int hashCode() {if(this.name.length()%2==0)return 31;elsereturn 95;}@Overridepublic boolean equals(Object obj) {Country other = (Country) obj;if (name.equalsIgnoreCase((other.name)))return true;return false;}}2. HashMapStructure.java(main class)import java.util.HashMap;import java.util.Iterator;public class HashMapStructure {/*** @author Arpit Mandliya*/public static void main(String[] args) {Country india=new Country("India",1000);Country japan=new Country("Japan",10000);Country france=new Country("France",2000);Country russia=new Country("Russia",20000);HashMap<country,string> countryCapitalMap=new HashMap<country,string>();countryCapitalMap.put(india,"Delhi");countryCapitalMap.put(japan,"Tokyo");countryCapitalMap.put(france,"Paris");countryCapitalMap.put(russia,"Moscow");Iterator<country> countryCapitalIter=countryCapitalMap.keySet().iterator();//put debug point at this linewhile(countryCapitalIter.hasNext()){Country countryObj=countryCapitalIter.next();String capital=countryCapitalMap.get(countryObj);System.out.println(countryObj.getName()+"----"+capital);}}}现在,在第23行设置一个断点,在项目上右击->调试运行(debug as)->java应用(java application)。程序会停在23行,然后在countryCapitalMap上右击,选择“查看”(watch)。将会看到如下的结构:从上图可以观察到以下几点:1. 有一个叫做table大小是16的Entry数组。2. 这个table数组存储了Entry类的对象。HashMap类有一个叫做Entry的内部类。这个Entry类包含了key-value作为实例变量。我们来看下Entry类的结构。Entry类的结构:static class Entry implements Map.Entry{final K key;V value;Entry next;final int hash;...//More code goes here} `3. 每当往hashmap里面存放key-value对的时候,都会为它们实例化一个Entry对象,这个Entry对象就会存储在前面提到的Entry数组table中。现在你一定很想知道,上面创建的Entry对象将会存放在具体哪个位置(在table中的精确位置)。答案就是,根据key的hashcode()方法计算出来的hash值(来决定)。hash值用来计算key在Entry数组的索引。4. 现在,如果你看下上图中数组的索引10,它有一个叫做HashMap$Entry的Entry对象。5. 我们往hashmap放了4个key-value对,但是看上去好像只有2个元素!!!这是因为,如果两个元素有相同的hashcode,它们会被放在同一个索引上。问题出现了,该怎么放呢?原来它是以链表(LinkedList)的形式来存储的(逻辑上)。上面的country对象的key-value的hash值是如何计算出来的。<code>Japan的Hash值是95,它的长度是奇数。 India的Hash值是95,它的长度是奇数。 Russia的Hash值是31,它的长度是偶数。 France,它的长度是偶数。 </code>下图会清晰的从概念上解释下链表。所以,现在假如你已经很好地了解了hashmap的结构,让我们看下put和get方法。Put :让我们看下put方法的实现:/*** Associates the specified value with the specified key in this map. If the* map previously contained a mapping for the key, the old value is* replaced.** @param key* key with which the specified value is to be associated* @param value* value to be associated with the specified key* @return the previous value associated with <tt>key</tt>, or <tt>null</tt>* if there was no mapping for <tt>key</tt>. (A <tt>null</tt> return* can also indicate that the map previously associated* <tt>null</tt> with <tt>key</tt>.)*/public V put(K key, V value) {if (key == null)return putForNullKey(value);int hash = hash(key.hashCode());int i = indexFor(hash, table.length);for (Entry<k , V> e = table[i]; e != null; e = e.next) {Object k;if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {V oldValue = e.value;e.value = value;e.recordAccess(this);return oldValue;}}modCount++;addEntry(hash, key, value, i);return null;}现在我们一步一步来看下上面的代码。对key做null检查。如果key是null,会被存储到table[0],因为null的hash值总是0。key的hashcode()方法会被调用,然后计算hash值。hash值用来找到存储Entry对象的数组的索引。有时候hash函数可能写的很不好,所以JDK的设计者添加了另一个叫做hash()的方法,它接收刚才计算的hash值作为参数。indexFor(hash,table.length)用来计算在table数组中存储Entry对象的精确的索引。在我们的例子中已经看到,如果两个key有相同的hash值(也叫冲突),他们会以链表的形式来存储。所以,这里我们就迭代链表。如果在刚才计算出来的索引位置没有元素,直接把Entry对象放在那个索引上。如果索引上有元素,然后会进行迭代,一直到Entry->next是null。当前的Entry对象变成链表的下一个节点。如果我们再次放入同样的key会怎样呢?逻辑上,它应该替换老的value。事实上,它确实是这么做的。在迭代的过程中,会调用equals()方法来检查key的相等性(key.equals(k)),如果这个方法返回true,它就会用当前Entry的value来替换之前的value。Get:现在我们来看下get方法的实现:/*** Returns the value to which the specified key is mapped, or {@code null}* if this map contains no mapping for the key.** <p>* More formally, if this map contains a mapping from a key {@code k} to a* value {@code v} such that {@code (key==null ? k==null :* key.equals(k))}, then this method returns {@code v}; otherwise it returns* {@code null}. (There can be at most one such mapping.)** &l