深入理解HashMap的get方法

HashMap是Java中最常用的數據結構之一，它是基於哈希表的實現方式來存儲鍵值對的。相比於HashTable，HashMap最大的好處在於可以支持null值和線程不安全。而HashMap中的get方法是非常重要的一部分，它用於獲取HashMap中指定鍵所對應的值。在本篇文章中，我們將從以下幾個方面詳細探討HashMap的get方法。

一、hash演算法

HashMap的get方法首先需要根據hash演算法找到對應的桶，然後再從桶中查找是否存在指定的鍵值對。其中，hash演算法主要是為了均衡地將鍵值對散列到不同的桶里，盡量避免不同的鍵值對散落到同一個桶中。HashMap的hash演算法也是很有講究的，它主要分為兩個部分：先通過key的hashCode()方法計算出哈希值，然後進行擾動計算。

對於hashCode()方法，Java文檔中有如下說明：

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

我們可以看到，hashCode()方法通常是將對象中的各個屬性做一個異或等操作，得到最終的哈希值。這個方法的實現既能保證散列性，又能使得計算的結果盡量不會出現碰撞。但是，由於哈希值是通過多個屬性計算得來的，所以其結果並不總是唯一的，因此還需要後面的擾動計算。

擾動計算主要是為了避免hash值的低位過於集中，在運算過程中，通過位運算將高位的影響降低，同時又通過不同的移位和異或操作、以及無符號化等手段來消除哈希值集中的問題。總之，這樣就可以保證哈希值分布的非常均衡了。

二、計算桶的位置

在找到哈希值之後，HashMap的get方法需要用它來計算映射到的位置。具體來說，首先需要獲取hash值的低位，然後用它對桶數組的長度取模，最後就可以得到該鍵值對應的桶所在的位置。

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

在計算桶的位置時，需要注意幾個問題：首先，由於桶數組長度必須是2的冪次，因此(table.length – 1)這個操作可以轉化為一個位運算，以此來提高效率；其次，由於hash是32位帶符號的整數，因此它的符號位也可能為1，而&運算對符號位也敏感，因此需要先消除符號位後再進行計算。

三、桶中鏈表的遍歷

當計算出桶的位置之後，get方法就可以開始在桶內進行查找了。HashMap中同一個桶里可能存放了多個鍵值對，因此我們需要遍歷所有的鍵值對，才能找到指定的鍵所對應的值。

在遍歷桶的鏈表時，get方法會從鏈表的頭節點開始遍歷，查找是否存在指定的鍵對應的節點。判斷兩個鍵是否相等的方式主要是通過key的equals()方法來比較，如果不相等就繼續遍歷下一個節點，如果相等就返回對應的值。因此，在進行實際的開發過程中，如果要使用HashMap來存儲自定義的對象，最好重寫hashCode()方法和equals()方法，以確保哈希演算法和鍵值比較的正確性。

四、優化措施

HashMap的get方法是非常高效的，但是在一些特殊情況下，可能會出現性能問題，例如：哈希碰撞嚴重時，桶中的鏈表可能會非常長，導致遍歷花費的時間較多。而且，由於哈希值的計算比較耗時，如果大量插入的鍵的hashCode相同，也會導致哈希衝突嚴重，進而影響性能。為此，我們可以採取以下措施來優化HashMap:

1. 載入因子調整：載入因子(hash表中元素個數/桶數組長度)過高會導致哈希表rehash，桶數組擴容帶來性能問題。我們可以手動設置載入因子，當增加哈希表元素個數會導致需要rehash時，先申請一張更大的桶數組來更有效率消耗空間(條件是根據元素個數預估一下未來元素個數)。

2. 擴容策略優化：HashMap默認的擴容策略是2倍擴容，這很有可能會在第一次擴容後，桶內元素分布不均衡，從而導致第二次擴容，使得新桶數組的長度擴大了4倍，造成很大浪費。我們可以擴容1.5倍或1.8倍，以降低空間利用率的浪費。

3. 動態實時調整，綜合少許時間複雜度，Map中有一個resize()方法來對Hash表中的元素個數和桶的容量打比例來動態調整。當map中元素個數超過了負載因子乘以桶的容量時，自動創建更大的桶，並且將所有數據重新哈希分配到桶內。

五、總結

HashMap是Java中使用最廣泛的實現Map介面的容器類型，它的put和get方法是Map中最常用的兩個方法。其中，get方法根據哈希演算法計算出鍵所在的桶，然後遍歷桶中的鏈表，查找指定的鍵對應的值。在實際的開發過程中，我們還需要優化HashMap，以提高它的性能。而且，在重寫hashCode()方法和equals()方法時還需要注意一些細節問題，才能確保正確性。

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);
    }
}