Java HashMap类

HashMap是我们使用非常多的Collection,它是基于哈希表的 Map 接口的实现,以key-value的形式存在。

HashMap实现提供所有可选的映射操作,并允许使用 null 值和 null 键。(除了不同步和允许使用 null 之外,HashMap 类与 Hashtable 大致相同。)此类不保证映射的顺序,特别是它不保证该顺序恒久不变。

HashMap不是线程安全的,如果想要线程安全的HashMap,可以通过Collections类的静态方法synchronizedMap获得线程安全的HashMap,例如:Map map = Collections.synchronizedMap(new HashMap());

构造函数

HashMap():构造一个具有默认初始容量 (16) 和默认加载因子 (0.75) 的空 HashMap。
HashMap(int initialCapacity):构造一个带指定初始容量和默认加载因子 (0.75) 的空 HashMap。
HashMap(int initialCapacity, float loadFactor):构造一个带指定初始容量和加载因子的空 HashMap。

在这里提到了两个参数:初始容量,加载因子。这两个参数是影响HashMap性能的重要参数,其中容量表示哈希表中桶的数量,初始容量是创建哈希表时的容量,加载因子是哈希表在其容量自动增加之前可以达到多满的一种尺度,它衡量的是一个散列表的空间的使用程度,负载因子越大表示散列表的装填程度越高,反之愈小。对于使用链表法的散列表来说,查找一个元素的平均时间是O(1+a),因此如果负载因子越大,对空间的利用更充分,然而后果是查找效率的降低;如果负载因子太小,那么散列表的数据将过于稀疏,对空间造成严重浪费。系统默认负载因子为0.75,一般情况下我们是无需修改的。

属性

transient Entry[] table;//存储元素的实体数组
transient int size;//存放元素的个数
int threshold; //临界值   当实际大小超过临界值时,会进行扩容threshold = 加载因子*容量
final float loadFactor; //加载因子
transient int modCount;//被修改的次数

其中loadFactor加载因子是表示Hsah表中元素的填满的程度.若:加载因子越大,填满的元素越多,好处是,空间利用率高了,但:冲突的机会加大了.链表长度会越来越长,查找效率降低。反之,加载因子越小,填满的元素越少,好处是:冲突的机会减小了,但:空间浪费多了.表中的数据将过于稀疏(很多空间还没用,就开始扩容了)冲突的机会越大,则查找的成本越高.因此,必须在 "冲突的机会"与"空间利用率"之间寻找一种平衡与折衷. 这种平衡与折衷本质上是数据结构中有名的"时-空"矛盾的平衡与折衷. 如果机器内存足够,并且想要提高查询速度的话可以将加载因子设置小一点;相反如果机器内存紧张,并且对查询速度没有什么要求的话可以将加载因子设置大一点。不过一般我们都不用去设置它,让它取默认值0.75就好了。

方法

void clear()
Removes all of the mappings from this map.
Object clone()
Returns a shallow copy of this HashMap instance: the keys and values themselves are not cloned.
boolean containsKey(Object key)
Returns true if this map contains a mapping for the specified key.
boolean containsValue(Object value)
Returns true if this map maps one or more keys to the specified value.
Set<Map.Entry<K,V>> entrySet()  返回一个包含HashMap的键值对的set
V get(Object key) 根据键获取值
boolean isEmpty() 
Returns true if this map contains no key-value mappings.
Set<K> keySet() 返回一个HashMap键的Set
V put(K key, V value)
Associates the specified value with the specified key in this map.
void putAll(Map<? extends K,? extends V> m)
Copies all of the mappings from the specified map to this map.
V remove(Object key) 根据键移除
int size()
Collection<V> values() 返回一个HashMap的值的Collection

数据结构

Hashmap是一个数组和链表的结合体(在数据结构称“链表散列“),如下图示:

HashMap类数据结构

当我们往hashmap中put元素的时候,先根据key的hash值得到这个元素在数组中的位置(即下标),然后就可以把这个元素放到对应的位置中了。如果这个元素所在的位子上已经存放有其他元素了,那么在同一个位子上的元素将以链表的形式存放,新加入的放在链头,最先加入的放在链尾。

例子

Map map = new HashMap();
map.put("Rajib Sarma","100");
map.put("Rajib Sarma","200");//The value "100" is replaced by "200".
map.put("Sazid Ahmed","200");

Iterator iter = map.entrySet().iterator();
while (iter.hasNext()) {
    Map.Entry entry = (Map.Entry) iter.next();
    Object key = entry.getKey();
    Object val = entry.getValue();
}

总结

1. 归纳起来简单地说,HashMap 在底层将 key-value 当成一个整体进行处理,这个整体就是一个 Entry 对象。HashMap 底层采用一个 Entry[] 数组来保存所有的 key-value 对,当需要存储一个 Entry 对象时,会根据 Hash 算法来决定其存储位置;当需要取出一个 Entry 时,也会根据 Hash 算法找到其存储位置,直接取出该 Entry。由此可见:HashMap 之所以能快速存、取它所包含的 Entry,完全类似于现实生活中母亲从小教我们的:不同的东西要放在不同的位置,需要时才能快速找到它。 
2. 当创建 HashMap 时,有一个默认的负载因子(load factor),其默认值为 0.75,这是时间和空间成本上一种折衷:增大负载因子可以减少 Hash 表(就是那个 Entry 数组)所占用的内存空间,但会增加查询数据的时间开销,而查询是最频繁的的操作(HashMap 的 get() 与 put() 方法都要用到查询);减小负载因子会提高数据查询的性能,但会增加 Hash 表所占用的内存空间。 

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