深入理解HashMap的get方法

HashMap是Java中最常用的数据结构之一，它是基于哈希表的实现方式来存储键值对的。相比于HashTable，HashMap最大的好处在于可以支持null值和线程不安全。而HashMap中的get方法是非常重要的一部分，它用于获取HashMap中指定键所对应的值。在本篇文章中，我们将从以下几个方面详细探讨HashMap的get方法。

一、hash算法

HashMap的get方法首先需要根据hash算法找到对应的桶，然后再从桶中查找是否存在指定的键值对。其中，hash算法主要是为了均衡地将键值对散列到不同的桶里，尽量避免不同的键值对散落到同一个桶中。HashMap的hash算法也是很有讲究的，它主要分为两个部分：先通过key的hashCode()方法计算出哈希值，然后进行扰动计算。

对于hashCode()方法，Java文档中有如下说明：

public int hashCode() {
    return Objects.hash(name, age, gender);
}

我们可以看到，hashCode()方法通常是将对象中的各个属性做一个异或等操作，得到最终的哈希值。这个方法的实现既能保证散列性，又能使得计算的结果尽量不会出现碰撞。但是，由于哈希值是通过多个属性计算得来的，所以其结果并不总是唯一的，因此还需要后面的扰动计算。

扰动计算主要是为了避免hash值的低位过于集中，在运算过程中，通过位运算将高位的影响降低，同时又通过不同的移位和异或操作、以及无符号化等手段来消除哈希值集中的问题。总之，这样就可以保证哈希值分布的非常均衡了。

二、计算桶的位置

在找到哈希值之后，HashMap的get方法需要用它来计算映射到的位置。具体来说，首先需要获取hash值的低位，然后用它对桶数组的长度取模，最后就可以得到该键值对应的桶所在的位置。

int index = (hash & (table.length - 1));

在计算桶的位置时，需要注意几个问题：首先，由于桶数组长度必须是2的幂次，因此(table.length – 1)这个操作可以转化为一个位运算，以此来提高效率；其次，由于hash是32位带符号的整数，因此它的符号位也可能为1，而&运算对符号位也敏感，因此需要先消除符号位后再进行计算。

三、桶中链表的遍历

当计算出桶的位置之后，get方法就可以开始在桶内进行查找了。HashMap中同一个桶里可能存放了多个键值对，因此我们需要遍历所有的键值对，才能找到指定的键所对应的值。

在遍历桶的链表时，get方法会从链表的头节点开始遍历，查找是否存在指定的键对应的节点。判断两个键是否相等的方式主要是通过key的equals()方法来比较，如果不相等就继续遍历下一个节点，如果相等就返回对应的值。因此，在进行实际的开发过程中，如果要使用HashMap来存储自定义的对象，最好重写hashCode()方法和equals()方法，以确保哈希算法和键值比较的正确性。

四、优化措施

HashMap的get方法是非常高效的，但是在一些特殊情况下，可能会出现性能问题，例如：哈希碰撞严重时，桶中的链表可能会非常长，导致遍历花费的时间较多。而且，由于哈希值的计算比较耗时，如果大量插入的键的hashCode相同，也会导致哈希冲突严重，进而影响性能。为此，我们可以采取以下措施来优化HashMap:

1. 加载因子调整：加载因子(hash表中元素个数/桶数组长度)过高会导致哈希表rehash，桶数组扩容带来性能问题。我们可以手动设置加载因子，当增加哈希表元素个数会导致需要rehash时，先申请一张更大的桶数组来更有效率消耗空间(条件是根据元素个数预估一下未来元素个数)。

2. 扩容策略优化：HashMap默认的扩容策略是2倍扩容，这很有可能会在第一次扩容后，桶内元素分布不均衡，从而导致第二次扩容，使得新桶数组的长度扩大了4倍，造成很大浪费。我们可以扩容1.5倍或1.8倍，以降低空间利用率的浪费。

3. 动态实时调整，综合少许时间复杂度，Map中有一个resize()方法来对Hash表中的元素个数和桶的容量打比例来动态调整。当map中元素个数超过了负载因子乘以桶的容量时，自动创建更大的桶，并且将所有数据重新哈希分配到桶内。

五、总结

HashMap是Java中使用最广泛的实现Map接口的容器类型，它的put和get方法是Map中最常用的两个方法。其中，get方法根据哈希算法计算出键所在的桶，然后遍历桶中的链表，查找指定的键对应的值。在实际的开发过程中，我们还需要优化HashMap，以提高它的性能。而且，在重写hashCode()方法和equals()方法时还需要注意一些细节问题，才能确保正确性。

public class TestHashMap {
    public static void main(String[] args) {
        Map map = new HashMap(16);
        map.put("a", "A");
        map.put("b", "B");
        map.put("c", "C");
        map.put("d", "D");
        String value = map.get("a");
        System.out.println(value);
    }
}

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