HashMap底层实现原理_c++ hashmap底层实现原理

一、 HashMap概述

hashMap是基于哈希表的Map接口的非同步实现。次实现提供所有可选的映射操作，并允许使用num值和null键。此类不保证映射的顺序，特别是它不保证该顺序更久不变。

二、 HashMap的数据结构

三、HashMap源码中重要的常量

DEFAULT_INITIAL_CAPACITY : HashMap的默认容量，16
MAXIMUM_CAPACITY ： HashMap的最大支持容量，2^30
DEFAULT_LOAD_FACTOR ：HashMap的默认加载因子
TREEIFY_THRESHOLD ：Bucket中链表长度大于该默认值，转化为红黑树
UNTREEIFY_THRESHOLD ：Bucket中红黑树存储的Node小于该默认值，转化为链表
MIN_TREEIFY_CAPACITY ：桶中的Node被树化时最小的hash表容量。（当桶中Node的
数量大到需要变红黑树时，若hash表容量小于MIN_TREEIFY_CAPACITY时，此时应执行
resize扩容操作这个MIN_TREEIFY_CAPACITY的值至少是TREEIFY_THRESHOLD的4
倍。）
table ：存储元素的数组，总是2的n次幂
entrySet： ：存储具体元素的集
size ：HashMap中存储的键值对的数量
modCount ：HashMap扩容和结构改变的次数。
threshold ：扩容的临界值，=容量*填充因子
loadFactor： ：填充因子

四、HashMap的存储结构（JDK7）

1.存储结构

当实例化一个HashMap时，系统会创建一个长度为Capatity的Entity数组，这个长度在哈希表纵被称为容量（Capacity），在这个数组中可以存放的元素的位置我们称之为“桶”（bucket), 每个桶都有自己的索引，系统可以根据索引快速的查找bucket中的元素。

每个bucket中存储一个元素，即一个Entry对象，但每一个Entry对象可以带一个引用变量，用于指向下一个元素，因此，砸一个桶中，就有可能生成一个Entry链。而且新添加的元素作为链表的head。

2.添加元素的过程

向HashMap中添加entry1（key，value），需要首先entry1中key的哈希值（根据key所在类的hashCode()计算得到），此哈希值经过处理（哈希长度对Capacity进行取余，得到的余数为在数组要存储的位置）以后，得到在底层Entry[]数组中要存储的位置 i 。如果位置 i 上没有元素，则entry1直接添加成功。如果位置 i 上已经存在entry2(或还有链表存在的entry3，entry4)，则需要通过循环的方法，一次比较entry1中key和其他的entry。如果彼此哈希值不同，则直接添加成功。如果hash值不同，继续比较二者是否equals。如果返回值为true，则使用entry1的value去替换equals为true的entry的value。如果遍历一遍后，发现所有的equals返回都为false，则entry1仍可添加成功。entry1指向原有的entry元素。

3.HashMap的扩容

当HashMap中的元素越来越多的时候，hash冲突的几率也就越来越高，因为数组的长度是固定的。所以为了提高查询的效率，就要对HashMap的数组进行扩容，而在HashMap数组扩容之后，最消耗性能的点就出现了：原数组中的数据必须重新计算在新数组的位置，并放进去，这就是resize。
那么HashMap什么时候进行扩容呢？
当HashMap中的元素个数超过数组大小（数组总大小length，不是数组中个数size）* loadFactor时，就会进行数组扩容，loadFactor的默认值（DEFAULT_LOAD_FACOTR）为0.75，这是一个折中的取值。也就是说，默认情况下数组大小(DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)为16，那么当HashMap中元素个数超过160.75=12（这个值就是代码中的threshold值，也叫作临界值）的时候，就把数组的大小扩展为216=32，即扩大一倍，然后重新计算每个元素在数组中的位置，而这时一个非常消耗性能的操作，所以如果我们已经预知HashMap中的元素个数，那么预设元素的个数能够有效的提高HashMap的性能。

五、HashMap的存储结构（JDK8）

static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8 变成树型结构的临界值为 8
static final int UNTREEIFY_THRESHOLD = 6 恢复链式结构的临界值为 6
当哈希表的大小超过这个阈值，才会把链式结构转化成树型结构，否则仅采取扩容来尝试减少冲突
static final int MIN_TREEIFY_CAPACITY = 64;

1.存储结构

HashMap的内部存储结构是数组+链表+红黑树**。当实例化一个HashMap时，会初始化initialCapatity和loadFactor**，在put第一对映射关系时，系统会创建一个长度为initialCapatity的Node数组，这个长度在哈希表中被称为容量(Capacity)，在这个数组中可以存放元素的位置我们称之为“桶”(bucket)，每个bucket都有自己的索引，系统可以根据索引快速的查找bucket中的元素。**

每个bucket中存储一个元素，即Node对象，但每一个Node对象可以带一个引用变量next,用于指向下一个元素，因此，一个桶中，就有可能生成一个Node链。也可能是以一个一个TreeNode对象，每一个TreeNode对象可以有两个叶子节点left和right，因此，在一个桶中，就有可能生成一个TreeNode树。而新添加的元素座位链表的last，或树的叶子节点。

2.那么HashMap什么时候进行扩容和树形化呢？

当HashMap中的元素个数超过数组大小(数组总大小length,不是数组中个数size)loadFactor 时 ， 就 会 进 行 数 组 扩 容 ， loadFactor 的 默 认 值(DEFAULT_LOAD_FACTOR)为0.75，这是一个折中的取值。也就是说，默认情况下，数组大小(DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)为16，那么当HashMap中元素个数超过160.75=12（这个值就是代码中的threshold值，也叫做临界值）的时候，就把数组的大小扩展为 2*16=32，即扩大一倍，然后重新计算每个元素在数组中的位置，而这是一个非常消耗性能的操作，所以如果我们已经预知HashMap中元素的个数，那么预设元素的个数能够有效的提高HashMap的性能。

当HashMap中的其中一个链的对象个数如果达到了8个，此时如果capacity没有达到64，那么HashMap会先扩容解决，如果已经达到了64，那么这个链会变成树，节点类型由Node变成TreeNode类型。当然，如果当映射关系被移除后，下次resize方法时判断树的节点个数低于6个，也会把树转为链表。

六、关于映射关系的key 是否可以修改 ？answer：不要修改

映射关系存储到HashMap中会存储key的hash值，这样就不用在每次查找时重新计算每一个Entry或Node（TreeNode）的hash值了，因此如果已经put到Map中的映射关系，再修改key的属性，而这个属性又参与hashcode值的计算，那么会导致匹配不上。

七、总结：JDK8相较于JDK7的变化

1.HashMap map= new HashMap();默认情况下，先不创建长度为16的数组。**JDK7中：随实例化中创建。
2.当首次调用map.put()时，再创建长度为16的数组。
3.数组为Node类型，在JDK7中：**为Entry类型。
4.形成链表结构时，新添加的key-value对在链表的尾部。**JDK7中：**新加入的放在链头，最先加入的放在链尾。
5.当数组指定索引位置的链表长度>8时，且map中的数组长度>64时，此索引位置上的所有key-value对使用红黑树进行存储。