基于Java中的HashMap理解散列表

什么是散列表

散列表的英文叫“Hash Table”,我们平时也叫它“哈希表”或者“Hash 表”。
散列表用的是数组支持按照下标随机访问数据的特性,所以散列表其实就是数组的一种扩展,由数组演化而来。可以说,如果没有数组,就没有散列表。

Java中HashMap是如何实现的

1. 初始大小
HashMap 默认的初始大小是 16,当然这个默认值是可以设置的,如果事先知道大概的数据量有多大,可以通过修改默认初始大小,减少动态扩容的次数,这样会大大提高 HashMap 的性能。
2. 装载因子和动态扩容
最大装载因子默认是 0.75,当 HashMap 中元素个数超过 0.75*capacity(capacity 表示散列表的容量)的时候,就会启动扩容,每次扩容都会扩容为原来的两倍大小。
3. 散列冲突解决方法
HashMap 底层采用链表来解决冲突。链表法是一种更加常用的散列冲突解决办法。如下图,在散列表中,每个“桶(bucket)”或者“槽(slot)”会对应一条链表,所有散列值相同的元素我们都放到相同槽位对应的链表中。

image.png

然而即使负载因子和散列函数设计得再合理,也免不了会出现链表过长的情况,一旦出现链表过长,对于查询数据的时候,会严重影响 HashMap 的性能。于是,在 JDK1.8 版本中,为了对 HashMap 做进一步优化,引入了红黑树。而当链表长度太长(默认超过 8)时,链表就转换为红黑树。我们可以利用红黑树快速增删改查的特点,提高 HashMap 的性能。当红黑树结点个数少于 8 个的时候,又会将红黑树转化为链表。因为在数据量较小的情况下,红黑树要维护平衡,比起链表来,性能上的优势并不明显。
4. 散列函数


int hash(Object key) {
    int h = key.hashCode();
    return (h ^ (h >>> 16)) & (capicity -1); //capicity表示散列表的大小
}

其中,hashCode() 返回的是 Java 对象的 hash code。
通过Java的HashMap的实现可以总结出散列表的实现规律:
散列表用的就是数组支持按照下标随机访问的时候,时间复杂度是 O(1) 的特性。我们通过散列函数把元素的键值映射为下标,然后将数据存储在数组中对应下标的位置。当我们按照键值查询元素时,我们用同样的散列函数,将键值转化数组下标,从对应的数组下标的位置取数据。

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