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回答
Java 中 HashMap 的工作机制
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现在很多的Java程序员都会把HashMap当作一个热门话题,今天我也来说一说Hashmap。
我假设你对HashMap感兴趣,另外我认为你已经了解了HashMap的基础,这里我就不再赘述HashMap是个什么东东,如果对于你来讲HashMap还是一个新概念的话,你可以去看看官方的javadoc.

在继续看下去之前,我推荐你看一看我前面的一篇文章: Java 中正确使用 hashCode 和 equals 方法

目录:
1、一句话回答
2、什么是哈希
3、关于Entry类的一点介绍
4、put()方法实际上做了什么
5、get()方法内部工作机制
6、注意点

一句话回答
如果任何人让我描述一下HashMap的工作机制的话,我就简单的回答:“基于Hash的规则”。这句话非常简单,但是要理解这句话之前,首先我们得了解什么是哈希,不是么?

什么是哈希
哈希简单的说就是对变量/对象的属性应用某种算法后得到的一个唯一的串,用这个串来确定变量/对象的唯一性。一个正确的哈希函数必须遵守这个准则。

当哈希函数应用在相同的对象或者equal的对象的时候,每次执行都应该返回相同的值。换句话说,两个相等的对象应该有相同的hashcode。

注:所有Java对象都从Object类继承了一个默认的hashCode()方法。这个方法将对象在内存中的地址作为整数返回,这是一个很好的hash实现,他确保了不同的对象拥有不同的hashcode。

关于Entry类的一点介绍
一个map的定义是:一个映射键(key)到值(value)的对象。非常简单对吧。

所以,在HashMap中一定有一定的机制来存储这些键值对。使得,HashMap有一个内部类Entry,看起来像这样。
static class Entry<K,V> implements Map.Entry<K,V> 
{
        final K key;
        V value;
        Entry<K,V> next;
        final int hash;
        ...//More code goes here
}

当然,Entry类有属性用来存储键值对映射。key被final标记,除了key和value,我们还能看到两个变量next和hash。接下来我们试着理解这些变量的含义。

put()方法实际上做了什么
再进一步看put方法的实现之前,我们有必要看一看Entry实例在数组中的存储,HashMap中是这样定义的:
/**
     * The table, resized as necessary. Length MUST Always be a power of two.
     */
    transient Entry[] table;
现在再来看put方法的实现。
/**
* Associates the specified value with the specified key in this map.
* If the map previously contained a mapping for the key, the old
* value is replaced.
*
* @param key key with which the specified value is to be associated
* @param value value to be associated with the specified key
* @return the previous value associated with <tt>key</tt>, or
*&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; <tt>null</tt> if there was no mapping for <tt>key</tt>.
*&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; (A <tt>null</tt> return can also indicate that the map
*&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; previously associated <tt>null</tt> with <tt>key</tt>.)
*/
public V put(K key, V value) {
if (key == null)
return putForNullKey(value);
int hash = hash(key.hashCode());
int i = indexFor(hash, table.length);
for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) {
Object k;
if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {
V oldValue = e.value;
e.value = value;
e.recordAccess(this);
return oldValue;
}
}

modCount++;
addEntry(hash, key, value, i);
return null;
}
让我们一步一步的看
首先,检查key是否为null,如果key是null值被存在table[0]的位置,因为null的hashcode始终为0
接下来,通过key的hashCode()方法计算了这个key的hash值,这个hash值被用来计算存储Entry对象的数组中的位置。JDK的设计者假设会有一些人可能写出非常差的hashCode()方法,会出现一些非常大或者非常小的hash值。为了解决这个问题,他们引入了另外一个hash函数,接受对象的hashCode(),并转换到适合数组的容量大小。

接着是indexFor(hash,table,length)方法,这个方法计算了entry对象存储的准确位置。

接下来就是主要的部分,我们都知道两个不相等的对象可能拥有过相同的hashCode值,两个不同的对象是怎么存储在相同的位置[叫做bucket]呢?
答案是LinkedList。如果你记得,Entry类有一个next变量,这个变量总是指向链中的下一个变量,这完全符合链表的特点。

所以,在发生碰撞的时候,entry对象会被以链表的形式存储起来,当一个Entry对象需要被存储的时候,hashmap检查该位置是否已近有了一个entry对象,如果没有就存在那里,如果有了就检查她的next属性,如果是空,当前的entry对象就作为已经存储的entry对象的下一个节点,依次类推。

如果我们给已经存在的key存入另一个value会怎么样的?逻辑上,旧的值将被替换掉。在检测了Entry对象的存储位置后,hashmap将会遍历那个位置的entry链表,对每一个entry调用equals方法,这个链表中的所有对象都具有相同的hashCode()而equals方法都不等。如果发现equals方法有相等的就执行替换。

在这种方式下HashMap就能保证key的唯一性。

get方法的工作机制
现在我们已经了解了HashMap中存储键值对的机制。下一个问题是:怎样从一个HashMap中查询结果。
其实逻辑跟put是一样的,如果传入的key有匹配就将该位置的value返回,如果没有就返回null.

/**
* Returns the value to which the specified key is mapped,
* or {@code null} if this map contains no mapping for the key.
*
* <p>More formally, if this map contains a mapping from a key
* {@code k} to a value {@code v} such that {@code (key==null ? k==null :
* key.equals(k))}, then this method returns {@code v}; otherwise
* it returns {@code null}.&nbsp; (There can be at most one such mapping.)
*
* <p>A return value of {@code null} does not <i>necessarily</i>
* indicate that the map contains no mapping for the key; it's also
* possible that the map explicitly maps the key to {@code null}.
* The {@link #containsKey containsKey} operation may be used to
* distinguish these two cases.
*
* @see #put(Object, Object)
*/
public V get(Object key) {
if (key == null)
return getForNullKey();
int hash = hash(key.hashCode());
for (Entry<K,V> e = table[indexFor(hash, table.length)];
e != null;
e = e.next) {
Object k;
if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k)))
return e.value;
}
return null;
}

上面的代码看起来跟put()方法很像,除了if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k)))。

注意点
  • 存储Entry对象的数据结构是一个叫做Entry类型的table数组。
  • 数组中一个特定的索引位置称为bucket,因为它可以容纳一个LinkedList的第一个元素的对象。
  • Key对象的hashCode()需要用来计算Entry对象的存储位置。
  • Key对象的equals()方法需要用来维持Map中对象的唯一性。
  • get()和put()方法跟Value对象的hashCode和equals方法无关。
  • null的hashCode总是0,这样的Entry对象总是被存储在数组的第一个位置


OSChina.NET翻译/原文链接

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王振威
发帖于5年前 13回/11K+阅
共有13个评论 最后回答: 4年前
“get()和put()方法跟Value对象的hashCode和equals方法无关"  这个表示质疑!
--- 共有 3 条评论 ---
frankboy_cpu呵呵 好久没登上来了 ,楼主论点正确, 我想到别处去了(集合) 4年前 回复
飞云追月显然没看HashMap源码。 1.根据key定位Entry是对key的hashcode再hash的。 2.冲突检测时调用了value的equals方法。 5年前 回复
小浣熊其乐无穷依照目前的jdk实现,你的质疑是没道理的。的确如博主所说。 5年前 回复

所有Java对象都从Object类继承了一个默认的hashCode()方法。这个方法将对象在内存中的地址作为整数返回,这是一个很好的hash实现,他确保了不同的对象拥有不同的hashcode。 

我们都知道两个不相等的对象可能拥有过相同的hashCode值

默认的hashCode()方法那就不会存在“个不相等的对象可能拥有过相同的hashCode值 这种情况吧?

--- 共有 5 条评论 ---
紫电清霜回复 @爪哇老妖 : 后来我在动手实践之后,弄清楚了要复写它的原因。谢谢大侠! 5年前 回复
陶邦仁回复 @饮千觞 : 因为你会很有可能重写equals方法做自定义比较,然而在两个对象相等时,如若添加到hash集合中时,而因为没有重写hashcode会导致两个相等的对象会都添加到集合中,因为它们的hashcode是不同的。 5年前 回复
紫电清霜回复 @王振威 : 既然默认hashcode已经够用,而且也不会出现不同对象拥有相同hashcode,为啥自己要去覆写Object里到hashcode方法呢? 5年前 回复
qingguang默认情况下是不会的,但是如果重写父类Object类的hashCode方法的时候,实现自己的hashCode算法,便可能会造成两个不同的对象,却拥有相同的HashCode 5年前 回复
王振威重写equals和hashCode的时候才需要注意这点 5年前 回复
所噶,这样就能看出为什么之前帖子里说重写equal必须重写hashcode,mark了~~
--- 共有 1 条评论 ---
fair_jm而且java的API里(看Object的)也有规定 两对象equal比较相同 两对象hashcode必须相同 反之不用 5年前 回复
这里没有讲解table增长到临界时,它的新建table复制原来数据,新的table长度增长规则,还有最重要的hash算法。
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