HashMap底層實現原理及問題


什么是HashMap?你為什么用到它?”
幾乎每個人都會回答“是的”,然后回答HashMap的一些特性,譬如HashMap可以接受null鍵值和值,而Hashtable則不能;HashMap是非synchronized;HashMap很快;以及HashMap儲存的是鍵值對等等
HashMap的數據結構:
      最基本的結構就是兩種,一個是數組,另外一個是模擬指針(引用),所有的數據結構都可以用這兩個基本結構來構造的,HashMap也不例外。
      HashMap實際上是一個“鏈表散列”的數據結構,即數組和鏈表的結合體。HashMap底層就是一個數組結構,數組中的每一項又是一個鏈表。當新建一個HashMap的時候,就會初始化一個數組,map數組中的對象就是一個key-value對!
 HashMap是基於哈希表的Map接口的非同步實現。此實現提供所有可選的映射操作,並允許使用null值和null鍵。此類不保證映射的順序,特別是它不保證該順序恆久不變。
  HashMap的工作原理(key-value對在HashMap中是如何存儲的):HashMap是基於hashing的原理,我們使用put(key, value)存儲對象到HashMap中,使用get(key)從HashMap中獲取對象。當我們給put()方法傳遞鍵和值時,我們先對鍵調用hashCode()方法,返回的hashCode用於找到bucket位置來儲存Entry對象
 
當我們往HashMap中put元素的時候,先根據key的hashCode重新計算hash值,根據hash值得到這個元素在數組中的位置(即下標),如果數組該位置上已經存放有其他元素了,那么在這個位置上的元素將以鏈表的形式存放,新加入的放在鏈頭,最先加入的放在鏈尾。如果數組該位置上沒有元素,就直接將該元素放到此數組中的該位置上。
 
二、HashMap和Hashtable實現類:
1、HashMap與HashTable的區別:
1) 同步性: Hashtable是同步的,這個類中的一些方法保證了Hashtable中的對象是線程安全的。而HashMap則是異步的,因此 HashMap中的對象並不是線程安全的。因為同步的要求會影響執行的效率,所以如果你不需要線程安全的集合那么使用HashMap是一個很好的選擇,這 樣可以避免由於同步帶來的不必要的性能開銷,從而提高效率。
2) 值:HashMap可以讓你將空值作為一個表的條目的key或value,但是Hashtable是不能放入空值的。HashMap最多只有一個key值為null,但可以有無數多個value值為null。
2、性能: HashMap的性能最好,HashTable的性能是最差(因為它是同步的)
3、注意:
1)用作key的對象必須實現hashCode和equals方法。
2)不能保證其中的鍵值對的順序
3)盡量不要使用可變對象作為它們的key值。
 

Map(采用鍵值對<key,value>存儲元素,key鍵唯一):

hashmap:底層結構是數組+鏈表,無序,線程不安全,效率高,允許有null(key和value都允許),父類是AbstractMap

treemap:底層結構是紅黑樹,有序,將數據按照key排序,默認是升序排序。

hashtable:底層結構是哈希表,無序,線程安全,效率低,不允許有null值,父類是Dictionary

 
三、LinkedHashMap:
它的父類是HashMap,使用雙向鏈表來維護鍵值對的次序,迭代順序與鍵值對的插入順序保持一致。LinkedHashMap需要維護元素的插入順序,so性能略低於HashMap,但在迭代訪問元素時有很好的性能,因為它是以鏈表來維護內部順序。
 
四、TreeMap:
Map接口派生了一個SortMap子接口,SortMap的實現類為TreeMap。TreeMap也是基於紅黑樹對所有的key進行排序,有兩種排序 方式:自然排序和定制排序。Treemap的key以TreeSet的形式存儲,對key的要求與TreeSet對元素的要求基本一致。
1、Map.Entry firstEntry():返回最小key所對應的鍵值對,如Map為空,則返回null。
2、Object firstKey():返回最小key,如果為空,則返回null。
3、Map.Entry lastEntry():返回最大key所對應的鍵值對,如Map為空,則返回null。
4、Object lastKey():返回最大key,如果為空,則返回null。
5、Map.Entry higherEntry(Object key):返回位於key后一位的鍵值對,如果為空,則返回null。
6、Map.Entry lowerEntry(Object key):返回位於key前一位的鍵值對,如果為空,則返回null。
7、Object lowerKey(Object key):返回位於key前一位key值,如果為空,則返回null。
8、NavigableMap subMap(Object fromKey,boolean fromlnclusive,Object toKey,boolean toInciusive):返回該Map的子Map,其key范圍從fromKey到toKey。
9、SortMap subMap(Object fromKey,Object toKey );返回該Map的子Map,其key范圍從fromkey(包括)到tokey(不包括)。
10、SortMap tailMap(Object fromkey ,boolean inclusive):返回該Map的子Map,其key范圍大於fromkey(是否包括取決於第二個參數)的所有key。
11、 SortMap headMap(Object tokey ,boolean inclusive):返回該Map的子Map,其key范圍小於tokey(是否包括取決於第二個參數)的所有key。


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