Java中的HashMap
是一种基于哈希表的Map接口实现,它存储的内容是键值对(key-value)映射。HashMap
允许空键(null)和空值(null),并且它的键值对没有顺序。以下是HashMap
的一些关键工作原理:
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数组+链表/红黑树:
HashMap
底层使用数组(Entry[] table)来存储键值对,每个数组元素是一个链表(在Java 8及以后版本中,当链表长度超过一定阈值时,链表会转换成红黑树)。 -
哈希函数:
HashMap
通过键(key)的hashCode()方法来计算哈希值,然后通过哈希算法来确定该键值对在数组中的存储位置(即数组下标)。具体来说,HashMap
会取hashCode()的高16位与低16位进行异或操作,再对数组长度取模,得到最终的存储位置。 -
处理哈希冲突:由于不同的键可能产生相同的哈希值,这种情况称为哈希冲突。
HashMap
通过链表(或红黑树)来解决冲突,即所有具有相同哈希值的元素都存储在同一个链表(或红黑树)中。 -
动态扩容:当
HashMap
中的元素数量超过阈值(容量*负载因子)时,HashMap
会进行扩容操作,通常是将容量扩大到原来的两倍,并重新计算所有元素的存储位置。 -
负载因子:
HashMap
有一个负载因子(load factor),它是一个衡量哈希表满的程度的参数。默认值是0.75,表示当哈希表的填充度达到75%时,会进行扩容操作。 -
快速查找:由于哈希表的特性,
HashMap
在查找元素时具有很高的效率,平均情况下时间复杂度为O(1)。但在最坏情况下(即所有元素都映射到同一个哈希桶中),时间复杂度会退化为O(n)。 -
线程不安全:
HashMap
不是线程安全的,如果在多线程环境下使用,需要外部同步,或者使用Collections.synchronizedMap
包装HashMap
,或者使用线程安全的ConcurrentHashMap
。 -
允许空键和空值:与
Hashtable
不同,HashMap
允许键和值为null。
HashMap
的设计和实现是Java中非常重要的一部分,它提供了快速的数据插入、删除和查找操作,是许多Java程序中常用的数据结构之一。