Android性能優化-HashMap

Java集合是我們使用最頻繁的工具之一，但我們對它的理解僅限於使用上，而且大多數情況沒有考慮過其使用規範。最近在使用阿里編程規範插件檢查代碼時會有一些關於HashMap使用方法糾正的提醒。那麼該如何正確使用HashMap呢？

HashMap可能是我們使用最多的鍵值對型的集合類了，它的底層基於哈希表，採用數組存儲數據，使用鏈表來解決哈希碰撞。在JDK1.8中還引入了紅黑樹來解決鏈表長度過長導致的查詢速度下降問題。

HashMap內部是使用一個默認容量爲16的數組來存儲數據的，而數組中每一個元素卻又是一個鏈表的頭結點，所以，更準確的來說，HashMap內部存儲結構是使用哈希表的拉鍊結構

HashMap的結構如下所示：

性能問題-HashMap大小的問題：

 在android studio中使用阿里代碼規範插件檢查時會有一個關於HashMap初始化大小的檢查，一般HashMap初始化大小都是2的指數冪。爲什麼說HashMap的實際大小總是2的指數冪？因爲就算初始化的時候不是2的指數冪，roundUpToPowerOfTwo函數也會幫你轉。爲什麼一定要是2的指數冪？這個是由於HashMap使用的散列算法，就是用key的hashCode轉成對應的二進制，然後和HashMap的size-1座「&」操作。爲什麼這樣做？舉個例子，如果HashMap的設定大小爲10，那麼roundUpToPowerOfTwo轉完大小是2^4 = 16，那麼16-1=15，用二進制表示就是1111，此時如果一個實例的二進制哈希碼爲850873883（僅用來舉例），二進制表示是110010101101110100111000011011，兩者進行與運算，結果就是截取低四位1011，十進制就是11，也就是進來的key<->value的實體放在11這個位置上。試想如果HashMap的大小不是16而是10，10-1 = 9，二進制表示是1001，那麼中間兩個0的位置永遠不會取到1，也就是2，3，4，6，5，7，這6個位置永遠都都不會被算到實際填充的位置，空間利用率不足一半。這樣的話就明白爲什麼用2的指數冪了：散列均勻。

那麼問題來了，既然HashMap的實現已經幫我們做了這麼多工作，我們是不是直接用就好了，不用管其他的了？明顯不是。首先當HashMap的大小過小的時候，會增加Hash衝突的機率；另外如上面分析put方法說道的第三點，噹噹前的大小達到閥值（默認0.75*size），就會擴容，容量擴大爲原來的兩倍，擴容的過程會遍歷原來的table，把它的元素重新計算在對應的新table中的位置，最壞時間複雜度爲O（n^2）；而在hash不衝突的場景下，不需要擴容的話，實際的時間複雜度爲O（1）（只需要按照得到的index放進去)。所以我們最好給HashMap一個初始值，這個值是2的指數冪，並且它呈上裝載因子（默認0.75）後的大小大於我們實際需要的大小。例如，我們實際需要200，那麼200/0.75 約等於267，那麼實際大於方向靠近267的2的指數冪爲2^9 = 512。

性能問題-重寫equals和hashCode方法：

首先明確這兩者的關係： 
A和B對象equals方法返回true，hasCode方法返回值必然一樣； 
A和B對象hashCode不一樣，那麼equals方法必須返回false。 
A和B對象hashCode一樣，不能判定A equals B。 
所以equals方法返回true和hasCode方法返回值一樣是充分非必要的關係。
從Collections.secondaryHash的方法看，最終散列的位置index是和key的hashCode有關的，如果key是引用類型對象，且沒有重寫hashCode，就會很容易出現hash衝突，在put的過程中，發生衝突就會沿着單鏈表遍歷到最後並插入。這個時間複雜度也是O（n）。

同時，put和get的判定都有e.hash == hash && key.equals(e.key)，如果不重寫equals方法，默認用「==」判定，比較內存地址。如果key是引用對象，則必須是同一個引用才能判定是相同的對象。例如：

public class TestData {
    public String title;
    TestData(String title){
        this.title = title;
    }
    public static void main(String[] arg){
        HashMap<TestData,String> map = new HashMap<>(8);
        map.put(new TestData("title"),"title");
        String result = map.get(new TestData("title"));
        System.out.println("result="+result);
    }
}

輸出的結果爲null。所以不管是爲了滿足equals和hashCode充分非必要的關係，還是保障程序的健壯性，都應重寫equals。