Java中HashMap有什么用

小編給大家分享一下Java中HashMap有什么用，相信大部分人都還不怎么了解，因此分享這篇文章給大家參考一下，希望大家閱讀完這篇文章后大有收獲，下面讓我們一起去了解一下吧！

一、HashMap的概述

HashMap可以說是Java中最常用的集合類框架之一,是Java語言中非常典型的數據結構。

HashMap是基于哈希表的Map接口實現的,此實現提供所有可選的映射操作。存儲的是對的映射，允許多個null值和一個null鍵。但此類不保證映射的順序，特別是它不保證該順序恒久不變。

除了HashMap是非同步以及允許使用null外，HashMap 類與 Hashtable大致相同。

此實現假定哈希函數將元素適當地分布在各桶之間，可為基本操作（get 和 put）提供穩定的性能。迭代collection 視圖所需的時間與 HashMap 實例的“容量”（桶的數量）及其大小（鍵-值映射關系數）成比例。所以，如果迭代性能很重要，則不要將初始容量設置得太高（或將加載因子設置得太低）。

HashMap 的實例有兩個參數影響其性能：初始容量 和加載因子。容量 是哈希表中桶的數量，初始容量只是哈希表在創建時的容量。加載因子 是哈希表在其容量自動增加之前可以達到多滿的一種尺度。當哈希表中的條目數超出了加載因子與當前容量的乘積時，則要對該哈希表進行 rehash 操作（即重建內部數據結構），從而哈希表將具有大約兩倍的桶數。

通常，默認加載因子 (0.75) 在時間和空間成本上尋求一種折衷。加載因子過高雖然減少了空間開銷，但同時也增加了查詢成本（在大多數 HashMap 類的操作中，包括 get 和 put 操作，都反映了這一點）。在設置初始容量時應該考慮到映射中所需的條目數及其加載因子，以便最大限度地減少 rehash 操作次數。如果初始容量大于最大條目數除以加載因子，則不會發生 rehash 操作。

注意，此實現不是同步的。 如果多個線程同時訪問一個HashMap實例，而其中至少一個線程從結構上修改了列表，那么它必須保持外部同步。這通常是通過同步那些用來封裝列表的 對象來實現的。但如果沒有這樣的對象存在，則應該使用{@link Collections#synchronizedMap Collections.synchronizedMap}來進行“包裝”，該方法最好是在創建時完成，為了避免對映射進行意外的非同步操作。

Map m = Collections.synchronizedMap(new HashMap(...));

二、構造函數

HashMap提供了三個構造函數：

HashMap()：構造一個具有默認初始容量 (16) 和默認加載因子 (0.75) 的空 HashMap。

HashMap(int initialCapacity)：構造一個帶指定初始容量和默認加載因子 (0.75) 的空 HashMap。

HashMap(int initialCapacity, float loadFactor)：構造一個帶指定初始容量和加載因子的空 HashMap。

這里提到了兩個參數：初始容量，加載因子。這兩個參數是影響HashMap性能的重要參數，其中容量表示哈希表中桶的數量，初始容量是創建哈希表時的容量，加載因子是哈希表在其容量自動增加之前可以達到多滿的一種尺度，它衡量的是一個散列表的空間的使用程度，負載因子越大表示散列表的裝填程度越高，反之愈小。對于使用鏈表法的散列表來說，查找一個元素的平均時間是O(1+a)，因此如果負載因子越大，對空間的利用更充分，然而后果是查找效率的降低；如果負載因子太小，那么散列表的數據將過于稀疏，對空間造成嚴重浪費。系統默認負載因子為0.75，一般情況下我們是無需修改的。

HashMap是一種支持快速存取的數據結構，要了解它的性能必須要了解它的數據結構。

三、數據結構

我們知道在Java中最常用的兩種結構是數組和模擬指針(引用)，幾乎所有的數據結構都可以利用這兩種來組合實現，HashMap也是如此。實際上HashMap是一個“鏈表散列”，如下是它數據結構：

// Entry是單向鏈表。 它是 “HashMap鏈式存儲法”對應的鏈表。 
// 實現了Map.Entry接口，即getKey(),getValue(),setValue(V value),equals(Object o),hashCode()這些函數 
static class Entry implements Map.Entry { 
 final K key; 
 V value; 
 // 指向下一個節點 
 Entry next; 
 final int hash; 
 
 // 構造函數
 // 輸入參數包括"哈希值(h)", "鍵(k)", "值(v)", "下一節點(n)" 
 Entry(int h, K k, V v, Entry n) { 
  value = v; 
  next = n; 
  key = k; 
  hash = h; 
 } 
 
 public final K getKey() { 
  return key; 
 } 
 public final V getValue() { 
  return value; 
 } 
 public final V setValue(V newValue) { 
  V oldValue = value; 
  value = newValue; 
  return oldValue; 
 } 
 // 判斷兩個Entry是否相等 
 // 若兩個Entry的“key”和“value”都相等，則返回true。 
 // 否則，返回false 
 public final boolean equals(Object o) { 
  if (!(o instanceof Map.Entry)) 
   return false; 
  Map.Entry e = (Map.Entry)o; 
  Object k1 = getKey(); 
  Object k2 = e.getKey(); 
  if (k1 == k2 || (k1 != null && k1.equals(k2))) { 
   Object v1 = getValue(); 
   Object v2 = e.getValue(); 
   if (v1 == v2 || (v1 != null && v1.equals(v2))) 
    return true; 
  } 
  return false; 
 } 
 // 實現hashCode() 
 public final int hashCode() { 
  return (key==null ? 0 : key.hashCode()) ^ 
    (value==null ? 0 : value.hashCode()); 
 } 
 public final String toString() { 
  return getKey() + "=" + getValue(); 
 } 
 // 當向HashMap中添加元素時，繪調用recordAccess()。 
 // 這里不做任何處理 
 void recordAccess(HashMap m) { 
 } 
 // 當從HashMap中刪除元素時，繪調用recordRemoval()。 
 // 這里不做任何處理 
 void recordRemoval(HashMap m) { 
 } 
}

從上圖我們可以看出HashMap底層實現還是數組，只是數組的每一項都是一條鏈。其中參數initialCapacity就代表了該數組的長度。下面為HashMap構造函數的源碼：

// 找出“大于Capacity”的最小的2的冪,使Hash表的容量保持為2的次方倍
 // 算法的思想：通過使用邏輯運算來替代取余，這里有一個規律，就是當N為2的次方（Power of two），那么X％N==X&(N-1)。
 static final int tableSizeFor(int cap) {
  int n = cap - 1;
  n |= n >>> 1; // >>> 無符號右移,高位補0
  n |= n >>> 2; // a|=b的意思就是把a和b按位或然后賦值給a
  n |= n >>> 4;
  n |= n >>> 8;
  n |= n >>> 16;
  return (n < 0) ? 1 : (n >= MAXIMUM_CAPACITY) ? MAXIMUM_CAPACITY : n + 1;
 }
 // 構造一個帶指定初始容量和加載因子的空HashMap
 public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {
  if (initialCapacity < 0)
   throw new IllegalArgumentException("Illegal initial capacity: " + initialCapacity);
  if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY)
   initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY;
  if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor))
   throw new IllegalArgumentException("Illegal load factor: " + loadFactor);
  this.loadFactor = loadFactor;
  this.threshold = tableSizeFor(initialCapacity);
 }
 // 構造一個帶指定初始容量和默認加載因子(0.75)的空 HashMap
 public HashMap(int initialCapacity) {
  this(initialCapacity, DEFAULT_LOAD_FACTOR);
 }
 // 構造一個具有默認初始容量 (16)和默認加載因子 (0.75)的空 HashMap
 public HashMap() {
  this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR; // all other fields defaulted
 }
 // 構造一個映射關系與指定 Map相同的新 HashMap,容量與指定Map容量相同，加載因子為默認的0.75
 public HashMap(Map m) {
  this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR;
  putMapEntries(m, false);
 }

從源碼中可以看出，每次新建一個HashMap時，都會初始化一個table數組。table數組的元素為Entry節點。

// Entry是單向鏈表。 
 // 它是 “HashMap鏈式存儲法”對應的鏈表。 
 // 它實現了Map.Entry 接口，即實現getKey(), getValue(), setValue(V value), equals(Object o), hashCode()這些函數 
 static class Entry implements Map.Entry { 
  final K key; 
  V value; 
  // 指向下一個節點 
  Entry next; 
  final int hash; 
   // 構造函數。 
  // 輸入參數包括"哈希值(h)", "鍵(k)", "值(v)", "下一節點(n)" 
  Entry(int h, K k, V v, Entry n) { 
   value = v; 
   next = n; 
   key = k; 
   hash = h; 
  } 
  ......
 }

其中Entry為HashMap的內部類，它包含了鍵key、值value、下一個節點next，以及hash值，這是非常重要的，正是由于Entry才構成了table數組的項為鏈表。

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