jdk容器之HashMap

1、HashMap簡介

    原博客地址：http://www.cnblogs.com/tstd/p/5055286.html

1. hash就是經過散列算法，將一個任意長度關鍵字轉換爲一個固定長度的散列值，因爲hash函數是一個壓縮映射，因此可能存在不一樣的關鍵字進行hash後所獲得的hash值相同的現象。

    hash函數定義以下：

static int hash(int h) {
   // This function ensures that hashCodes that differ only by
   // constant multiples at each bit position have a bounded
   // number of collisions (approximately 8 at default load factor).
   h ^= (h >>> 20) ^ (h >>> 12);
   return h ^ (h >>> 7) ^ (h >>> 4);
}
/**
 * Returns index for hash code h.
 */
static int indexFor(int h, int length) {
   return h & (length - 1);
}

解析：

1. 首先看第二個函數indexFor，這個函數用於尋找hash值h在一個長度爲length的數組中的位置（即下標值），而後將該hash值所對應的元素存儲在相應的位置上。

   因爲HashMap中定義的數組長度均爲2的冪的形式，而2^n-1表示爲2進制時的形式爲01....1（1個0後面n個1的形式），因此經過h&(length-1)，能夠將h映射到0~(length-1)之間的數，達到h%length同樣的效果，卻擁有比h%length更高的效率；

2. 再看hash函數，因爲h的低位相同（尤爲是等於length位數的部分）時，通過hash後衝突的機率比較大，因此在hash函數中給h中的各個位加入了一些隨機性，從而儘量下降衝突；

2. HashMap的底層是用一個Entrry數組實現的，經過indexFor函數計算hash值爲h的元素在一個長度爲length的Entry數組中的位置，當出現衝突時，將hash值相同的元素以一個單向鏈表的形式存儲在Entry數組的同一位置，而且最早存儲的元素位於鏈表尾部，最後到達的元素位於鏈表頭。也就是說HashMap的底層結構是一個數組，而數組的元素是一個單向鏈表。當存儲一個key=null的元素時，HashMap默認將該元素置於Entry[0]的位置。

3. Entry是HashMap的內部類，它繼承了Map中的Entry接口，它定義了鍵(key)，值(value)，和下一個節點的引用(next)，以及hash值。

4. HashMap中定義了初始容量、加載因子、閾值和最大容量等參數。容量即HashMap中Entry數組所能包含的元素數；初始容量爲16，即默認最小容量爲16，使用時能夠經過含參構造函數構造一個知足用戶所需大小的HashMap；加載因子和閾值主要用於定義擴容臨界值（閾值=容量*加載因子），當已使用容量達到閾值時，將會擴容；最大容量即默認HashMap所能擴容達到的最大大小，爲2^30。

   注意：

1. HashMap進行擴容時，數組長度發生了變化，本來在同一鏈表中的元素如今可能並不在同一鏈表中，因此須要對數組中的每個元素都從新計算位置，並存儲到新數組中，這是一個很是耗時的操做，因此若是事先可以預知須要使用的HashMap的長度的話，最好將長度設置爲所需大小，這樣能夠減小時間消耗，提升效率；

2.  默認加載因子=0.75，但能夠根據須要本身設置一個恰當的加載因子。加載因子越大，數組填充得越滿，空間利用率越高，但這樣的話可能會增大沖突機率，影響查詢效率；而加載因子太小的話，則會形成空間上的浪費。因此須要經過設置一個有效地加載因子，在時空這二者間尋找一個平衡點。

2、HashMap的增刪改查

1. 構造方法

   HashMap有4個構造方法

//構造一個指定初始容量和加載因子的HashMap
public HashMap( int initialCapacity, float loadFactor)   
//構造一個指定初始加載容量和使用默認加載因子（0.75）的HashMap
public HashMap( int initialCapacity)
//構造一個使用默認初始容量(16)和默認加載因子(0.75)的HashMap
public HashMap()
//構造一個指定map的HashMap，所建立HashMap使用默認加載因子(0.75)和足以容納指定map的初始容量
public HashMap(Map<? extends K, ? extends V> m)

       當使用指定初始容量的構造函數建立HashMap時，所獲得的HashMap的實際容量是大於指定容量的最小的2的冪次方，也就是說，不管使用何種構造函數，最終所獲得的HashMap的容量均爲2的冪

2. 向HashMap中增長元素

HashMap中增長元素的方法和修改元素的方法相同，均爲public V put(K key, V value)，具體操做流程爲：

1. 計算hash = hash(key.hashCode())，獲得鍵值key的hash值

2. 計算index = indexFor(hash，table.length)，獲得該元素在數組中的位置

3. 取得index位置的鏈表，遍歷鏈表，若鏈表中包含hash和key值均相同的元素，則用新的value值替換原有的value值，返回原value值；不然在該鏈表頭新增一個Entry節點，將該元素存入新建的Entry節點中，並返回null；

    注意：在新增Entry節點時，數組大小會加1，當size>閾值時，將調用resize(2*table.length)方法擴容，也就是說若新增節點時，數組大小達到了擴容閾值，則會將原數組擴大一倍。數組擴容時須要經過遍歷對原數組中的全部元素從新計算下標值，並添加到新數組相應的位置，該算法比較耗時，因此在使用HashMap時若能提早預知數組容量，則最好預設初始容量。

3. 從 HashMap中刪除元素

   HashMap中刪除元素的方法爲public V remove(Object key)，即根據元素的key值刪除該元素，並返回所刪除元素的value值

1. 計算hash = hash(key.hashCode())，獲得鍵值key的hash值

2. 計算index = indexFor(hash，table.length)，獲得該元素在數組中的位置

3. 取得該位置處的第一個鏈表節點

4. 遍歷該鏈表，找到key所在的位置，若key位於鏈表頭，則將key節點的next賦值給table[index]，不然，將key的下一節點賦值給key的上一節點

4. 從 HashMap中查找元素

        從HashMap中查找元素的方法爲public V get(Object key)，該方法經過遍歷HashMap，比較是否存在(e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k)))的元素，若存在，返回該元素的value值，不然，返回null

5. HashMap中是否包含鍵爲key或值爲value的元素

       查詢HashMap中是否包含某一鍵key或某一值value的元素時，均須要遍歷數組進行查找。可是針對key進行查找時，能夠經過hash函數計算出key所在的位置，從而只須要遍歷該位置處的鏈表便可。而針對value進行查找時，須要遍歷整個數組。因此針對key進行查找的效率要高於針對value進行查找的效率。

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