蓝易云 - 深度解析Java 8的HashMap实现细节

Java 8的 HashMap 是Java集合框架中的一部分，用于存储键值对。它是基于哈希表的Map接口的非同步实现。这里将对Java 8中 HashMap的实现细节进行深入解析。

 

存储结构

在Java 8中，HashMap使用了数组和链表的结合体，被称为“桶”（Bucket）。每个桶都含有链表的头节点，这个链表用于处理哈希冲突——即不同的键值对有相同的哈希码。比起早期版本，Java 8引入了链表和红黑树的相互转换优化：当链表长度超过某个阈值（默认为8）时，链表转为红黑树，从而提高查找效率。

哈希函数

HashMap使用哈希函数来定位键所在的桶的位置。Java 8对哈希函数进行了改进，引入了高位运算，使得散列分布更加均匀，从而减少哈希冲突。

填充因子和容量

填充因子（load factor）是对时间和空间成本的一种折中。默认的填充因子是0.75，这意味着，当一个 HashMap的75%空间被占用后，就会发生扩容。容量总是2的幂次，这样做是为了使得哈希值分布均匀。

扩容

当 HashMap中存储的元素超过了填充因子与当前容量的乘积时，就会执行扩容操作。扩容是一个代价高昂的操作，因为它涉及到重新计算桶位并将所有元素重新放入新的桶中。

线程安全

Java 8的 HashMap并不保证线程安全，当多线程环境中同时对 HashMap进行读写操作时，可能会造成死循环或数据不一致的问题。因此在并发场景下通常使用 ConcurrentHashMap。

put 方法实现

放入一个键值对时，HashMap先基于键对象的 hashCode方法计算哈希值，再与当前 HashMap容量进行位运算找到桶位置。如果该位置是空的，就直接放入新节点。如果不是，会沿着链表/红黑树遍历，查找键是否已存在。如果存在，替换其值；如果不存在，添加为新节点。

get 方法实现

获取一个键对应的值时，HashMap通过键对象的 hashCode来定位桶位置。随后在该桶的链表或红黑树中遍历，查找节点的键是否与输入的键相等，如果相等即返回节点的值，否则返回null。

迭代

由于 HashMap中的元素并不按照任意明确的顺序存放，迭代时的返回顺序是不确定的。迭代操作可能会在扩容时被打断，因此不保证迭代顺序的一致性。

序列化和反序列化

HashMap实现了 Serializable接口，可以将其状态持久化，从而在需要的时候进行恢复。在反序列化时需要重建整个哈希表结构。

性能优化

Java 8对 HashMap进行了一系列优化，如使用树化结构和优化哈希算法等，旨在提供平均常数时间的性能，即 O(1)，但在最坏的情况下会退化至 O(n)。

总而言之，Java 8的 HashMap是对先前版本的重大改进，具体体现在优化哈希冲突的处理、动态扩容策略以及整体数据结构的优化。它是高效处理大量动态键值对数据的重要工具，但需要注意它不是线程安全的。对于并发场景，应使用 ConcurrentHashMap等线程安全的变体。