HashMap是Java語言中最常用的的數據結構之一，它的高效性和易用性使它成為程序員們必備的工具之一。本文將從HashMap的原理入手，詳細闡述它的實現細節和注意事項，幫助讀者掌握HashMap的使用方法和技巧。
一、什麼是HashMap
HashMap是Java語言中的一種散列表，它可以存儲鍵值對的映射關係。HashMap可以快速地進行插入、查找和刪除操作，時間複雜度均為O(1)。HashMap底層實現是通過數組和鏈表相結合的方式來實現散列表。當鏈表長度大於閾值（默認為8）時，鏈表會轉化成紅黑樹，以保證插入、查找和刪除操作的平均時間複雜度為O(1)。
二、HashMap的構造方法
以下是HashMap的幾種構造方法：
1. HashMap() : 創建一個空的HashMap 2. HashMap(int initialCapacity) : 創建指定大小的HashMap 3. HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) : 創建指定大小和載入因子的HashMap 4. HashMap(Map m) : 創建指定Map的HashMap
其中，initialCapacity是HashMap的初始容量，loadFactor是負載因子，如果負載因子為0.75，則當HashMap的大小達到容量的75%時，會自動增加容量。如果初始容量和負載因子沒有給出，則默認初始容量為16，負載因子為0.75。
三、HashMap的put()方法
以下是HashMap的put()方法：
public V put(K key, V value) {
return putVal(hash(key), key, value, false, true);
}
final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,
boolean evict) {
Node[] tab; Node 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 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)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)
treeifyBin(tab, hash);
break;
}
if (e.hash == hash &&
((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
break;
p = e;
}
}
if (e != null) {
V oldValue = e.value;
if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
e.value = value;
afterNodeAccess(e);
return oldValue;
}
}
++modCount;
if (++size > threshold)
resize();
afterNodeInsertion(evict);
return null;
}
put()方法是非常重要的方法，它將鍵值對插入到HashMap中。它的實現細節如下：
1. 首先，通過hash()方法計算鍵的哈希值，判斷table是否為空或長度為0。如果是，通過resize()方法進行初始化，否則直接獲取table的長度n。
2. 然後，通過(n – 1) & hash計算出要插入的位置，p表示該位置的第一個節點。如果該位置為空，則直接插入鍵值對，否則執行第3步。
3. 判斷該位置上的第一個節點的key是否和要插入的key相等，如果相等則執行覆蓋操作。如果不相等，判斷該位置上的第一個節點是否為TreeNode類型。如果是，則執行紅黑樹的put操作，否則遍歷該鏈表，找到最後一個節點，插入新的節點後，如果該鏈表的長度大於等於8，則通過treeifyBin方法將該鏈錶轉化成紅黑樹。
4. 插入完成以後，判斷size是否大於threshold，如果是，則通過resize()方法進行擴容。
四、HashMap的get()方法
以下是HashMap的get()方法：
public V get(Object key) {
Node e;
// 通過hash方法計算hash值，然後在table數組中尋找key所在的節點
return (e = getNode(hash(key), key)) == null ? null : e.value;
}
final Node getNode(int hash, Object key) {
Node[] tab; Node first, e; int n; K k;
// table不為空，取得table數組的長度n，n>0
if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 &&
// 通過(n - 1) & hash獲取key在table數組中的位置first
(first = tab[(n - 1) & hash]) != null) {
// 如果在table的first位置上就找到相同的key，則返回這個節點first
if (first.hash == hash && // always check first node
((k = first.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
return first;
// 如果first位置沒有找到相同的key，則處理next鏈表
if ((e = first.next) != null) {
// 如果first位置是TreeNode節點，則使用TreeNode的方式獲取相同的key
if (first instanceof TreeNode)
return ((TreeNode)first).getTreeNode(hash, key);
// 否則，遍歷next鏈表查找相同的key
do {
if (e.hash == hash &&
((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
return e;
} while ((e = e.next) != null);
}
}
return null; // 如果table為空或key沒有匹配到返回null
}
get()方法是HashMap中的另一個重要方法，它以鍵為參數，返回與之關聯的值。get()方法的實現細節如下：
1. 首先通過getNode()方法獲取到key所在的節點。getNode()方法也是一個非常重要的方法，它遍歷了HashMap中的所有元素，尋找與key相同的元素，如果找到，則返回與之對應的節點，否則返回null。
2. 如果key所在的節點不為空，則返回該節點對應的值，否則返回null。
五、HashMap的remove()方法
以下是HashMap的remove()方法：
public V remove(Object key) {
Node e;
// 通過hash方法計算hash值，然後在table數組中尋找key所在的節點
return (e = removeNode(hash(key), key, null, false, true)) == null ?
null : e.value;
}
final Node removeNode(int hash, Object key, Object value,
boolean matchValue, boolean movable) {
Node[] tab; Node p; int n, index;
// 如果table不為空，且key在table中存在，則執行刪除操作
if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 &&
(p = tab[index = (n - 1) & hash]) != null) {
Node node = null, e; K k; V v;
// 判斷p節點是不是要被刪除的節點，並找到p鏈表上的最後一個節點node
if (p.hash == hash &&
((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
node = p;
else if ((e = p.next) != null) {
if (p instanceof TreeNode)
node = ((TreeNode)p).getTreeNode(hash, key);
else {
do {
if (e.hash == hash &&
((k = e.key) == key ||
(key != null && key.equals(k)))) {
node = e;
break;
}
p = e;
} while ((e = e.next) != null);
}
}
// 如果找到要被刪除的節點，則執行刪除操作
if (node != null && (!matchValue || (v = node.value) == value ||
(value != null && value.equals(v)))) {
if (node instanceof TreeNode)
((TreeNode)node).removeTreeNode(this, tab, movable);
else if (node == p)
tab[index] = node.next;
else
p.next = node.next;
++modCount;
--size;
afterNodeRemoval(node);
return node;
}
}
return null;
}
remove()方法是HashMap刪除元素的方法，它需要傳入一個key作為參數，並返回被刪除的元素的value值。remove()方法的實現細節如下：
1. 通過hash()方法計算鍵的哈希值，然後獲取該鍵所在的節點p，並獲取在該節點上的最後一個節點node。如果從p節點開始遍歷整個鏈表都沒有找到與key相同的節點，則返回null。
2. 如果找到了與key相同的節點，首先判斷該節點是否是TreeNode類型。如果是，則使用TreeNode的方式刪除節點。否則，判斷要被刪除的節點是否是p節點。如果是，則直接將p節點的下一個節點賦給tab[index]。否則，通過遍歷鏈表，將要被刪除的節點刪除掉。
3. 執行完刪除操作以後，判斷size是否小於threshold的0.25，如果是，則通過resize()方法進行縮容。
六、HashMap的注意事項
1. HashMap的線程安全性問題
HashMap是非線程安全的，如果多個線程同時對一個HashMap進行讀寫操作，可能會出現數據不一致的情況。為了解決這個問題，可以使用線程安全的ConcurrentHashMap。
2. HashMap中鍵對象的注意事項
為了保證HashMap數據的一致性，鍵對象必須實現equals()方法和hashCode()方法，這兩個方法的實現決定了HashMap的查找、插入和刪除操作的正確性和效率。在使用HashMap時，需要特別注意鍵對象的實現細節，盡量避免相同的鍵對象產生哈希碰撞的情況，從而提高HashMap的效率。
3. HashMap的默認容量和負載因子
HashMap的默認容量為16，負載因子為0.75。如果不特別指定初始容量和負載因子，則採用默認值。在實際應用中，建議根據數據量大小和訪問頻率來選擇合適的初始容量和負載因子，以提高HashMap的效率和性能。
七、總結
本文對HashMap的實現原理進行了詳細的闡述，包括構造方法、put()方法、get()方法、remove()方法等。同時，我們也介紹了HashMap的注意事項，如線程安全性問題、鍵對象的實現細節、默認容量和負載因子等。希望通過本文的學習，能夠幫助讀者更好地掌握HashMap的使用方法和技巧。
原創文章，作者：小藍，如若轉載，請註明出處：https://www.506064.com/zh-tw/n/233965.html
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