HashMap底层原理实现源码探索（碰撞问题如何解决）

vnxy001 2019-02-28

展开全文

同样，HashMap是java面试中经常问到的一个知识点，基本都是和HashTable以及ConcurrentHashMap一起被问及，今天主要是讲讲HashMap是如何解决碰撞问题的？那么问题来了，什么是碰撞问题？

这要先从HashMap底层的实现说起，进入它的源码类

public class HashMap<K,V> extends AbstractMap<K,V>
    implements Map<K,V>, Cloneable, Serializable

看到这我们就明白了HashMap继承了AbstractMap抽象类，并且实现了三个接口

 public HashMap() {
        this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR; // all other fields defaulted
    }

再然后看到默认构造方法中有一个DEFAULT_LOAD_FACTOR，称为负载因子，可以看下静态参数

  static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; // aka 16
  static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;
  static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;

负载因子默认为0.75，当键值对数量占总容量的值大于0.75时，就会扩容两倍，而默认容量是1<<4,，也就是16

HashMap底层呢是一个数组，每个数组的元素是一个链表，而每个链表的节点都是一个映射，也就是键值对Entry，每个链表就是我们常说的“桶”，put和get方法都是从“桶”中进行的，如下图

往“桶”中存储时，也就是put时，会调用hash方法，对key的哈希码重新计算

 public V put(K key, V value) {
        return putVal(hash(key), key, value, false, true);
    }  
 static final int hash(Object key) {
        int h;
        return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
    }
 final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,
                   boolean evict) {
        Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, i;
        if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
            n = (tab = resize()).length;
        if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
            tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
        else {
            Node<K,V> e; K k;
            if (p.hash == hash &&
                ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                e = p;
            else if (p instanceof TreeNode)
                e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
            else {
                for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
                    if ((e = p.next) == null) {
                        p.next = newNode(hash, key, value, null);
                        if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st
                            treeifyBin(tab, hash);
                        break;
                    }
                    if (e.hash == hash &&
                        ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                        break;
                    p = e;
                }
            }
            if (e != null) { // existing mapping for key
                V oldValue = e.value;
                if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
                    e.value = value;
                afterNodeAccess(e);
                return oldValue;
            }
        }
        ++modCount;
        if (++size > threshold)
            resize();
        afterNodeInsertion(evict);
        return null;
    }

可以看到计算方法是将key的哈希码与哈希码无符号右移16位之后的结果进行异或，这样的好处是保证key的高低位都参与哈希码的计算，高速少开销可靠性强，值得一提的是java8还有一个优化点，就是“桶”中的数量大于8时，就会将链表转换为一个二叉树，红黑树，这样做的直接好处时查询性能由O（logn）优化为O（nlogn），要实现红黑树就是进行比较，这也是HashMap实现Comparable接口的一个重要原因

存储时由hash值来确定要放到哪个“桶”中，那么问题就出现了，如果两个key有相同的hash值，怎么进行存储，这就是碰撞问题。

解决方法是“拉链法，其实也就是将entry键值对用链表来存储，一旦hash值相同，就会调用equals方法，如果为true，就会替代当前的entry，举个例子，比如

public class PasswdKey {
	static String name="name"; 
	static String address="address";
	public static void main(String[] args) {
		Map<String,Object> map=new HashMap<>();
		map.put(name, "maze");
		map.put(name, "freg");		
	}
}

第一次存储键name时，无相同的hash值，直接存到合适freg的数组索引的位置，接着又存了一个键为name的entry，在进行hash比较时由于键都为name，hash值相同，然后对链表的每一个元素进行equals方法（此时已确定要存储的数组索引位置，与第一次的索引位置相同），如果相同，就替换当前位置的键值对，此时就会将键为name的value更换为“freg”，其实这就是我们所说的覆盖

同样，get以及containsKey方法也是过hash值来找到value的

 final Node<K,V> getNode(int hash, Object key) {
        Node<K,V>[] tab; Node<K,V> first, e; int n; K k;
        if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 &&
            (first = tab[(n - 1) & hash]) != null) {
            if (first.hash == hash && // always check first node
                ((k = first.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                return first;
            if ((e = first.next) != null) {
                if (first instanceof TreeNode)
                    return ((TreeNode<K,V>)first).getTreeNode(hash, key);
                do {
                    if (e.hash == hash &&
                        ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                        return e;
                } while ((e = e.next) != null);
            }
        }
        return null;
    }