深入理解Java中的HashMap的实现机制
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。
staticclassEntry<K,V>implements
Map.Entry<K,V>
{
finalKkey;
Vvalue;
Entry<K,V>next;
finalinthash;
...//Morecodegoeshere
}
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：
/**
*Thetable,resizedasnecessary.LengthMUSTAlwaysbeapoweroftwo.
*/
transientEntry[]table;
现在再来看put方法的实现。
/**
*Associatesthespecifiedvaluewiththespecifiedkeyinthismap.
*Ifthemappreviouslycontainedamappingforthekey,theold
*valueisreplaced.
*
*@paramkeykeywithwhichthespecifiedvalueistobeassociated
*@paramvaluevaluetobeassociatedwiththespecifiedkey
*@returnthepreviousvalueassociatedwith<tt>key</tt>,or
*
<tt>null</tt>iftherewasnomappingfor<tt>key</tt>.
* (A
<tt>null</tt>returncanalsoindicatethatthemap
* previously
associated<tt>null</tt>with<tt>key</tt>.)
*/
publicVput(Kkey,Vvalue){
if(key==null)
returnputForNullKey(value);
inthash=hash(key.hashCode());
inti=indexFor(hash,table.length);
for(Entry<K,V>e=table[i];e!=null;e=e.next){
Objectk;
if(e.hash==hash&&((k=e.key)==key||key.equals(k))){
VoldValue=e.value;
e.value=value;
e.recordAccess(this);
returnoldValue;
}
}
modCount++;
addEntry(hash,key,value,i);
returnnull;
}
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.
/**
*Returnsthevaluetowhichthespecifiedkeyismapped,
*or{@codenull}ifthismapcontainsnomappingforthekey.
*
*<p>Moreformally,ifthismapcontainsamappingfromakey
*{@codek}toavalue{@codev}suchthat{@code(key==null?k==null:
*key.equals(k))},thenthismethodreturns{@codev};otherwise
*itreturns{@codenull}. (Therecanbeatmostonesuchmapping.)
*
*<p>Areturnvalueof{@codenull}doesnot<i>necessarily</i>
*indicatethatthemapcontainsnomappingforthekey;it'salso
*possiblethatthemapexplicitlymapsthekeyto{@codenull}.
*The{@link#containsKeycontainsKey}operationmaybeusedto
*distinguishthesetwocases.
*
*@see#put(Object,Object)
*/
publicVget(Objectkey){
if(key==null)
returngetForNullKey();
inthash=hash(key.hashCode());
for(Entry<K,V>e=table[indexFor(hash,table.length)];
e!=null;
e=e.next){
Objectk;
if(e.hash==hash&&((k=e.key)==key||key.equals(k)))
returne.value;
}
returnnull;
}
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