[TOC] 我们这篇文章就来试着分析下 HashMap 的源码,由于 HashMap 底层涉及到太多方面,一篇文章总是不能面面俱到,所以我们可以带着面试官常问的几个问题去看源码: 1. 了解底层如何存储数据的 2. HashMap 的几个主要方法 3. HashMap 是如何确定元素存储位置的以及如何处理哈希冲突的 4. HashMap 扩容机制是怎样的 5. JDK 1.8 在扩容和解决哈希冲突上对 HashMap 源码做了哪些改动?有什么好处? HashMap 的内部功能实现很多,本文主要从根据 key 获取哈希桶数组索引位置、put 方法的详细执行、扩容过程三个具有代表性的点深入展开讲解。 ### 1. 存储结构 #### DK1.7 的存储结构 在 1.7 之前 JDK 采用「拉链法」来存储数据,即数组和链表结合的方式: :-: ![](https://box.kancloud.cn/94bcf21d64577edd0f13f9cd802748c3.jpg) 「拉链法」用专业点的名词来说叫做**链地址法**。简单来说,就是数组加链表的结合。在每个数组元素上存储的都是一个链表。 我们之前说到不同的 key 可能经过 hash 运算可能会得到相同的地址,但是一个数组单位上只能存放一个元素,采用链地址法以后,如果遇到相同的 hash 值的 key 的时候,我们可以将它放到作为数组元素的链表上。待我们去取元素的时候通过 hash 运算的结果找到这个链表,再在链表中找到与 key 相同的节点,就能找到 key 相应的值了。 JDK1.7 中新添加进来的元素总是放在数组相应的角标位置,而原来处于该角标的位置的节点作为 next 节点放到新节点的后边。稍后通过源码分析我们也能看到这一点。 #### JDK1.8 的存储结构 对于 JDK1.8 之后的`HashMap`底层在解决哈希冲突的时候,就不单单是使用数组加上单链表的组合了,因为当处理如果 hash 值冲突较多的情况下,链表的长度就会越来越长,此时通过单链表来寻找对应 Key 对应的 Value 的时候就会使得时间复杂度达到 O(n),因此在 JDK1.8 之后,在链表新增节点导致链表长度超过`TREEIFY_THRESHOLD = 8`的时候,就会在添加元素的同时将原来的单链表转化为红黑树。 对数据结构很在行的读者应该,知道红黑树是一种易于增删改查的二叉树,他对与数据的查询的时间复杂度是`O(logn)`级别,所以利用红黑树的特点就可以更高效的对`HashMap`中的元素进行操作。 :-: ![](https://box.kancloud.cn/472742e04dda9bc651c1692abb7875ee_1386x1346.jpg) 从结构实现来讲,HashMap 是数组+链表+红黑树(JDK1.8增加了红黑树部分)实现的,如下如所示。 1. ![](https://box.kancloud.cn/8db4a3bdfb238da1a1c4431d2b6e075c_970x734.png) **这里需要讲明白两个问题:数据底层具体存储的是什么?这样的存储方式有什么优点呢?** (1)从源码可知,HashMap 类中有一个非常重要的字段,就是 Node\[\] table,即哈希桶数组,明显它是一个 Node 的数组。我们来看 Node( JDK1.8 中) 是何物。 ~~~java static class Node<K,V> implements Map.Entry<K,V> { final int hash; //用来定位数组索引位置 final K key; V value; Node<K,V> next; //链表的下一个node Node(int hash, K key, V value, Node<K,V> next) { ... } public final K getKey(){ ... } public final V getValue() { ... } public final String toString() { ... } public final int hashCode() { ... } public final V setValue(V newValue) { ... } public final boolean equals(Object o) { ... } } ~~~ Node 是 HashMap 的一个内部类,实现了 Map.Entry 接口,本质是就是一个映射(键值对)。上图中的每个黑色圆点就是一个Node对象。 (2)HashMap 就是使用哈希表来存储的。哈希表为解决冲突,可以采用**开放地址法**和**链地址法**等来解决问题, Java 中 HashMap 采用了链地址法。链地址法,简单来说,就是数组加链表的结合。在每个数组元素上都一个链表结构,当数据被 Hash 后,得到数组下标,把数据放在对应下标元素的链表上。例如程序执行下面代码: ~~~java map.put("美团","小美"); ~~~ 系统将调用 "美团" 这个 key 的 hashCode() 方法得到其 hashCode 值(该方法适用于每个 Java 对象),然后再通过 Hash 算法的后两步运算(高位运算和取模运算,下文有介绍)来定位该键值对的存储位置,有时两个 key 会定位到相同的位置,表示发生了 Hash 碰撞。当然 Hash 算法计算结果越分散均匀,Hash 碰撞的概率就越小,map 的存取效率就会越高。 如果哈希桶数组很大,即使较差的 Hash 算法也会比较分散,如果哈希桶数组数组很小,即使好的 Hash 算法也会出现较多碰撞,所以就需要在空间成本和时间成本之间权衡,其实就是在根据实际情况确定哈希桶数组的大小,并在此基础上设计好的 hash 算法减少 Hash 碰撞。 **那么通过什么方式来控制 map 使得 Hash 碰撞的概率又小,哈希桶数组(Node\[\] table)占用空间又少呢?** 答案就是好的 Hash 算法和扩容机制。 在理解 Hash 和扩容流程之前,我们得先了解下 HashMap 的几个字段。从 HashMap 的默认构造函数源码可知,构造函数就是对下面几个字段进行初始化,源码如下: ~~~java int threshold; // 所能容纳的key-value对极限 final float loadFactor; // 负载因子 int modCount; int size; ~~~ 首先,**Node\[\] table的初始化长度 length (默认值是16)**,**Load factor 为负载因子(默认值是0.75)**,threshold 是 HashMap 所能容纳的最大数据量的 Node (键值对)个数。**threshold = length \* Load factor**。也就是说,在数组定义好长度之后,负载因子越大,所能容纳的键值对个数越多。 结合负载因子的定义公式可知,threshold 就是在此 Load factor 和 length (数组长度)对应下允许的最大元素数目,超过这个数目就重新 resize(扩容),扩容后的 HashMap 容量是之前容量的两倍。默认的负载因子 0.75 是对空间和时间效率的一个平衡选择,建议大家不要修改,除非在时间和空间比较特殊的情况下,如果内存空间很多而又对时间效率要求很高,可以降低负载因子 Load factor 的值;相反,如果内存空间紧张而对时间效率要求不高,可以增加负载因子 loadFactor 的值,这个值可以大于1。 size 这个字段其实很好理解,就是 HashMap 中实际存在的键值对数量。注意和 table 的长度 length、容纳最大键值对数量 threshold 的区别。而 modCount 字段主要用来记录 HashMap 内部结构发生变化的次数,主要用于迭代的快速失败。强调一点,内部结构发生变化指的是结构发生变化,例如 put 新键值对,但是某个 key 对应的 value 值被覆盖不属于结构变化。 在 HashMap 中,哈希桶数组 table 的长度 length 大小必须为 2n(一定是合数),这是一种非常规的设计,常规的设计是把桶的大小设计为素数。相对来说素数导致冲突的概率要小于合数,具体证明可以参考[为什么一般hashtable的桶数会取一个素数?](https://blog.csdn.net/liuqiyao_01/article/details/14475159),**Hashtable 初始化桶大小为 11,就是桶大小设计为素数的应用(Hashtable 扩容后不能保证还是素数)**。HashMap 采用这种非常规设计,**主要是为了在取模和扩容时做优化,同时为了减少冲突,HashMap 定位哈希桶索引位置时,也加入了高位参与运算的过程**。 这里存在一个问题,即使负载因子和 Hash 算法设计的再合理,也免不了会出现拉链过长的情况,一旦出现拉链过长,则会严重影响 HashMap 的性能。于是,在 JDK1.8 版本中,对数据结构做了进一步的优化,引入了红黑树。而当链表长度太长(默认超过8)时,链表就转换为红黑树,利用红黑树快速增删改查的特点提高 HashMap 的性能,其中会用到红黑树的插入、删除、查找等算法。本文不再对红黑树展开讨论,想了解更多红黑树数据结构的工作原理可以参考:[教你初步了解红黑树](https://blog.csdn.net/v_july_v/article/details/6105630)。 ### 2\. 重要参数 | 参数 | 说明 | | --- | --- | | buckets | 在 HashMap 的注释里使用哈希桶来形象的表示数组中每个地址位置。注意这里并不是数组本身,数组是装哈希桶的,他可以被称为**哈希表**。 | | capacity | table 的容量大小,默认为 16。需要注意的是 capacity 必须保证为 2 的 n 次方。 | | size | table 的实际使用量。 | | threshold | size 的临界值,size 必须小于 threshold,如果大于等于,就必须进行扩容操作。 | | loadFactor | 装载因子,table 能够使用的比例,threshold = capacity \* loadFactor。 | | TREEIFY\_THRESHOLD | 树化阀值,哈希桶中的节点个数大于该值(默认为8)的时候将会被转为红黑树行存储结构。 | | UNTREEIFY\_THRESHOLD | 非树化阀值,小于该值(默认为 6)的时候将再次改为单链表的格式存储 | ### 3\. 确定哈希桶数组索引位置 很多操作都需要先确定一个键值对所在的桶下标。 ~~~java int hash = hash(key); int i = indexFor(hash, table.length); ~~~ (一)计算 hash 值 ~~~java final int hash(Object k) { int h = hashSeed; if (0 != h && k instanceof String) { return sun.misc.Hashing.stringHash32((String) k); } h ^= k.hashCode(); // This function ensures that hashCodes that differ only by // constant multiples at each bit position have a bounded // number of collisions (approximately 8 at default load factor). //此处通过一定的固定值的算法 得出相对分散的hash值 目的是为了减少碰撞 //JDK.1.8之后优化了这里的算法 h ^= (h >>> 20) ^ (h >>> 12); return h ^ (h >>> 7) ^ (h >>> 4); } public final int hashCode() { return Objects.hashCode(key) ^ Objects.hashCode(value); } ~~~ (二)取模 令 x = 1<<4,即 x 为 2 的 4 次方,它具有以下性质: ~~~ x : 00010000 x-1 : 00001111 ~~~ 令一个数 y 与 x-1 做与运算,可以去除 y 位级表示的第 4 位以上数: ~~~ y : 10110010 x-1 : 00001111 y&(x-1) : 00000010 ~~~ 这个性质和 y 对 x 取模效果是一样的: ~~~ y : 10110010 x : 00010000 y%x : 00000010 ~~~ 我们知道,位运算的代价比求模运算小的多,因此在进行这种计算时用位运算的话能带来更高的性能。 确定桶下标的最后一步是将 key 的 hash 值对桶个数取模:hash%capacity,如果能保证 capacity 为 2 的 n 次方,那么就可以将这个操作转换为位运算。 ~~~java static int indexFor(int h, int length) { return h & (length-1); } ~~~ ### 4\. 分析HashMap的put方法   HashMap 的 put 方法执行过程可以通过下图来理解,自己有兴趣可以去对比源码更清楚地研究学习。 1. ![](https://box.kancloud.cn/58e67eae921e4b431782c07444af824e_1716x1360.png) ①.判断键值对数组 table\[i\] 是否为空或为 null,否则执行 resize() 进行扩容; ②.根据键值 key 计算 hash 值得到插入的数组索引i,如果 table\[i\]==null,直接新建节点添加,转向 ⑥,如果table\[i\] 不为空,转向 ③; ③.判断 table\[i\] 的首个元素是否和 key 一样,如果相同直接覆盖 value,否则转向 ④,这里的相同指的是 hashCode 以及 equals; ④.判断table\[i\] 是否为 treeNode,即 table\[i\] 是否是红黑树,如果是红黑树,则直接在树中插入键值对,否则转向 ⑤; ⑤.遍历 table\[i\],判断链表长度是否大于 8,大于 8 的话把链表转换为红黑树,在红黑树中执行插入操作,否则进行链表的插入操作;遍历过程中若发现 key 已经存在直接覆盖 value 即可; ⑥.插入成功后,判断实际存在的键值对数量 size 是否超多了最大容量 threshold,如果超过,进行扩容。 JDK1.8 HashMap 的 put 方法源码如下: ~~~java public V put(K key, V value) { // 对key的hashCode()做hash return putVal(hash(key), key, value, false, true); } final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent, boolean evict) { Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, i; // 步骤①:tab为空则创建 if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0) n = (tab = resize()).length; // 步骤②:计算index,并对null做处理 if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null) tab[i] = newNode(hash, key, value, null); else { Node<K,V> e; K k; // 步骤③:节点key存在,直接覆盖value if (p.hash == hash && ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) e = p; // 步骤④:判断该链为红黑树 else if (p instanceof TreeNode) e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value); // 步骤⑤:该链为链表 else { for (int binCount = 0; ; ++binCount) { if ((e = p.next) == null) { p.next = newNode(hash, key,value,null); //链表长度大于8转换为红黑树进行处理 if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st treeifyBin(tab, hash); break; } // key已经存在直接覆盖value if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) break; p = e; } } if (e != null) { // existing mapping for key V oldValue = e.value; if (!onlyIfAbsent || oldValue == null) e.value = value; afterNodeAccess(e); return oldValue; } } ++modCount; // 步骤⑥:超过最大容量 就扩容 if (++size > threshold) resize(); afterNodeInsertion(evict); return null; } ~~~ ### 5\. 扩容机制 扩容 (resize) 就是重新计算容量,向 HashMap 对象里不停的添加元素,而 HashMap 对象内部的数组无法装载更多的元素时,对象就需要扩大数组的长度,以便能装入更多的元素。当然 Java 里的数组是无法自动扩容的,方法是使用一个新的数组代替已有的容量小的数组,就像我们用一个小桶装水,如果想装更多的水,就得换大水桶。 我们分析下 resize 的源码,鉴于 JDK1.8 融入了红黑树,较复杂,为了便于理解我们仍然使用 JDK1.7 的代码,好理解一些,本质上区别不大,具体区别后文再说。 ~~~java void resize(int newCapacity) { //传入新的容量 Entry[] oldTable = table; //引用扩容前的Entry数组 int oldCapacity = oldTable.length; if (oldCapacity == MAXIMUM_CAPACITY) { //扩容前的数组大小如果已经达到最大(2^30)了 threshold = Integer.MAX_VALUE; //修改阈值为int的最大值(2^31-1),这样以后就不会扩容了 return; } Entry[] newTable = new Entry[newCapacity]; //初始化一个新的Entry数组 transfer(newTable); //!!将数据转移到新的Entry数组里 table = newTable; //HashMap的table属性引用新的Entry数组 threshold = (int)(newCapacity * loadFactor);//修改阈值 } ~~~ 这里就是使用一个容量更大的数组来代替已有的容量小的数组,transfer() 方法将原有 Entry 数组的元素拷贝到新的 Entry 数组里。 ~~~java void transfer(Entry[] newTable) { Entry[] src = table; //src引用了旧的Entry数组 int newCapacity = newTable.length; for (int j = 0; j < src.length; j++) { //遍历旧的Entry数组 Entry<K,V> e = src[j]; //取得旧Entry数组的每个元素 if (e != null) { src[j] = null;//释放旧Entry数组的对象引用(for循环后,旧的Entry数组不再引用任何对象) do { Entry<K,V> next = e.next; int i = indexFor(e.hash, newCapacity); //!!重新计算每个元素在数组中的位置 e.next = newTable[i]; //标记[1] newTable[i] = e; //将元素放在数组上 e = next; //访问下一个Entry链上的元素 } while (e != null); } } } ~~~ newTable\[i\] 的引用赋给了 e.next,也就是使用了单链表的头插入方式,同一位置上新元素总会被放在链表的头部位置;这样先放在一个索引上的元素终会被放到 Entry 链的尾部(如果发生了 hash 冲突的话),这一点和 Jdk1.8 有区别,下文详解。在旧数组中同一条 Entry 链上的元素,通过重新计算索引位置后,有可能被放到了新数组的不同位置上。 下面举个例子说明下扩容过程。假设了我们的 hash 算法就是简单的用 key mod 一下表的大小(也就是数组的长度)。其中的哈希桶数组 table 的 size=2, 所以 key = 3、7、5,put 顺序依次为 5、7、3。在 mod 2 以后都冲突在 table\[1\] 这里了。这里假设负载因子 loadFactor=1,即当键值对的实际大小 size 大于 table 的实际大小时进行扩容。接下来的三个步骤是哈希桶数组 resize 成 4,然后所有的 Node 重新 rehash 的过程。 :-: ![](https://box.kancloud.cn/e5aa99e811d1814e010afa7779b759d4_1334x926.png) 下面我们讲解下 JDK1.8 做了哪些优化。经过观测可以发现,我们使用的是 2 次幂的扩展 (指长度扩为原来 2 倍),所以,元素的位置要么是在原位置,要么是在原位置再移动 2 次幂的位置。看下图可以明白这句话的意思,n 为 table 的长度,图(a)表示扩容前的 key1 和 key2 两种 key 确定索引位置的示例,图(b)表示扩容后 key1 和 key2 两种 key 确定索引位置的示例,其中 hash1 是 key1 对应的哈希与高位运算结果。 :-: ![](https://box.kancloud.cn/a285d9b2da279a18b052fe5eed69afe9_1632x446.png) 元素在重新计算 hash 之后,因为 n 变为 2 倍,那么 n-1 的 mask 范围在高位多 1bit (红色),因此新的 index 就会发生这样的变化: :-: ![](https://box.kancloud.cn/b2cb057773e3d67976c535d6ef547d51_1064x202.png) 因此,我们在扩充 HashMap 的时候,不需要像 JDK1.7 的实现那样重新计算 hash,只需要看看原来的 hash 值新增的那个 bit 是 1 还是 0 就好了,是 0 的话索引没变,是 1 的话索引变成“原索引+oldCap”,可以看看下图为 16 扩充为 32 的 resize 示意图: :-: ![](https://box.kancloud.cn/544caeb82a329fa49cc99842818ed1ba_1268x730.png) 这个设计确实非常的巧妙,既省去了重新计算 hash 值的时间,而且同时,由于新增的 1bit 是 0 还是 1 可以认为是随机的,因此 resize 的过程,均匀的把之前的冲突的节点分散到新的 bucket 了。这一块就是 JDK1.8 新增的优化点。有一点注意区别,JDK1.7 中 rehash 的时候,旧链表迁移新链表的时候,如果在新表的数组索引位置相同,则链表元素会倒置,但是从上图可以看出,JDK1.8 不会倒置。有兴趣的同学可以研究下 JDK1.8 的 resize源 码,写的很赞,如下: ~~~java final Node<K,V>[] resize() { Node<K,V>[] oldTab = table; int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length; int oldThr = threshold; int newCap, newThr = 0; if (oldCap > 0) { // 超过最大值就不再扩充了,就只好随你碰撞去吧 if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) { threshold = Integer.MAX_VALUE; return oldTab; } // 没超过最大值,就扩充为原来的2倍 else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY && oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY) newThr = oldThr << 1; // double threshold } else if (oldThr > 0) // initial capacity was placed in threshold newCap = oldThr; else { // zero initial threshold signifies using defaults newCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY; newThr = (int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY); } // 计算新的resize上限 if (newThr == 0) { float ft = (float)newCap * loadFactor; newThr = (newCap < MAXIMUM_CAPACITY && ft < (float)MAXIMUM_CAPACITY ? (int)ft : Integer.MAX_VALUE); } threshold = newThr; @SuppressWarnings({"rawtypes","unchecked"}) Node<K,V>[] newTab = (Node<K,V>[])new Node[newCap]; table = newTab; if (oldTab != null) { // 把每个bucket都移动到新的buckets中 for (int j = 0; j < oldCap; ++j) { Node<K,V> e; if ((e = oldTab[j]) != null) { oldTab[j] = null; if (e.next == null) newTab[e.hash & (newCap - 1)] = e; else if (e instanceof TreeNode) ((TreeNode<K,V>)e).split(this, newTab, j, oldCap); else { // 链表优化重hash的代码块 Node<K,V> loHead = null, loTail = null; Node<K,V> hiHead = null, hiTail = null; Node<K,V> next; do { next = e.next; // 原索引 if ((e.hash & oldCap) == 0) { if (loTail == null) loHead = e; else loTail.next = e; loTail = e; } // 原索引+oldCap else { if (hiTail == null) hiHead = e; else hiTail.next = e; hiTail = e; } } while ((e = next) != null); // 原索引放到bucket里 if (loTail != null) { loTail.next = null; newTab[j] = loHead; } // 原索引+oldCap放到bucket里 if (hiTail != null) { hiTail.next = null; newTab[j + oldCap] = hiHead; } } } } } return newTab; } ~~~ ### 6\. 线程安全性 在多线程使用场景中,应该尽量避免使用线程不安全的 HashMap,而使用线程安全的 ConcurrentHashMap。那么为什么说 HashMap 是线程不安全的,下面举例子说明在并发的多线程使用场景中使用 HashMap 可能造成死循环。代码例子如下(便于理解,仍然使用 JDK1.7 的环境): ~~~java public class HashMapInfiniteLoop { private static HashMap<Integer,String> map = new HashMap<Integer,String>(2,0.75f); public static void main(String[] args) { map.put(5, "C"); new Thread("Thread1") { public void run() { map.put(7, "B"); System.out.println(map); }; }.start(); new Thread("Thread2") { public void run() { map.put(3, "A); System.out.println(map); }; }.start(); } } ~~~ 其中,map初始化为一个长度为2的数组,loadFactor=0.75,threshold=2\*0.75=1,也就是说当put第二个key的时候,map就需要进行resize。 通过设置断点让线程1和线程2同时debug到transfer方法(3.3小节代码块)的首行。注意此时两个线程已经成功添加数据。放开thread1的断点至transfer方法的“Entry next = e.next;” 这一行;然后放开线程2的的断点,让线程2进行resize。结果如下图。 :-: ![](https://box.kancloud.cn/fa10635a66de637fe3cbd894882ff0c7_1388x628.png) 注意,Thread1的 e 指向了key(3),而next指向了key(7),其在线程二rehash后,指向了线程二重组后的链表。 线程一被调度回来执行,先是执行 newTalbe\[i\] = e, 然后是e = next,导致了e指向了key(7),而下一次循环的next = e.next导致了next指向了key(3)。 :-: ![](https://box.kancloud.cn/d39d7eff6e8e04f98f5b53bebe2d4d7f_1380x522.png) :-: ![](https://box.kancloud.cn/31b43af006c69d6316cfe9c07cfdd39d_1374x484.png) e.next = newTable\[i\] 导致 key(3).next 指向了 key(7)。注意:此时的key(7).next 已经指向了key(3), 环形链表就这样出现了。 :-: ![](https://box.kancloud.cn/5f3cf5300f041c771a736b40590fd7b1_1384x482.png) 于是,当我们用线程一调用map.get(11)时,悲剧就出现了——Infinite Loop。 ### 7\. JDK1.8与JDK1.7的性能对比 HashMap中,如果key经过hash算法得出的数组索引位置全部不相同,即Hash算法非常好,那样的话,getKey方法的时间复杂度就是O(1),如果Hash算法技术的结果碰撞非常多,假如Hash算极其差,所有的Hash算法结果得出的索引位置一样,那样所有的键值对都集中到一个桶中,或者在一个链表中,或者在一个红黑树中,时间复杂度分别为O(n)和O(lgn)。 鉴于JDK1.8做了多方面的优化,总体性能优于JDK1.7,下面我们从两个方面用例子证明这一点。 ### 8\. Hash较均匀的情况 为了便于测试,我们先写一个类Key,如下: ~~~java class Key implements Comparable<Key> { private final int value; Key(int value) { this.value = value; } @Override public int compareTo(Key o) { return Integer.compare(this.value, o.value); } @Override public boolean equals(Object o) { if (this == o) return true; if (o == null || getClass() != o.getClass()) return false; Key key = (Key) o; return value == key.value; } @Override public int hashCode() { return value; } } ~~~ 这个类复写了equals方法,并且提供了相当好的hashCode函数,任何一个值的hashCode都不会相同,因为直接使用value当做hashcode。为了避免频繁的GC,我将不变的Key实例缓存了起来,而不是一遍一遍的创建它们。代码如下: ~~~java public class Keys { public static final int MAX_KEY = 10_000_000; private static final Key[] KEYS_CACHE = new Key[MAX_KEY]; static { for (int i = 0; i < MAX_KEY; ++i) { KEYS_CACHE[i] = new Key(i); } } public static Key of(int value) { return KEYS_CACHE[value]; } } ~~~ 现在开始我们的试验,测试需要做的仅仅是,创建不同size的HashMap(1、10、100、......10000000),屏蔽了扩容的情况,代码如下: ~~~java static void test(int mapSize) { HashMap<Key, Integer> map = new HashMap<Key,Integer>(mapSize); for (int i = 0; i < mapSize; ++i) { map.put(Keys.of(i), i); } long beginTime = System.nanoTime(); //获取纳秒 for (int i = 0; i < mapSize; i++) { map.get(Keys.of(i)); } long endTime = System.nanoTime(); System.out.println(endTime - beginTime); } public static void main(String[] args) { for(int i=10;i<= 1000 0000;i*= 10){ test(i); } } ~~~ 在测试中会查找不同的值,然后度量花费的时间,为了计算getKey的平均时间,我们遍历所有的get方法,计算总的时间,除以key的数量,计算一个平均值,主要用来比较,绝对值可能会受很多环境因素的影响。结果如下: :-: ![](https://box.kancloud.cn/2fd11382221dfa34ab61fbee11adba3a_1246x206.png) 通过观测测试结果可知,JDK1.8的性能要高于JDK1.7 15%以上,在某些size的区域上,甚至高于100%。由于Hash算法较均匀,JDK1.8引入的红黑树效果不明显,下面我们看看Hash不均匀的的情况。 ### 9\. Hash极不均匀的情况 假设我们又一个非常差的Key,它们所有的实例都返回相同的hashCode值。这是使用HashMap最坏的情况。代码修改如下: ~~~java class Key implements Comparable<Key> { //... @Override public int hashCode() { return 1; } } ~~~ 仍然执行main方法,得出的结果如下表所示: :-: ![](https://box.kancloud.cn/608ce9cf1ca4bc9fe08826402a3bc4e8_1252x202.png) 从表中结果中可知,随着size的变大,JDK1.7的花费时间是增长的趋势,而JDK1.8是明显的降低趋势,并且呈现对数增长稳定。当一个链表太长的时候,HashMap会动态的将它替换成一个红黑树,这话的话会将时间复杂度从O(n)降为O(logn)。hash算法均匀和不均匀所花费的时间明显也不相同,这两种情况的相对比较,可以说明一个好的hash算法的重要性。 测试环境:处理器为2.2 GHz Intel Core i7,内存为16 GB 1600 MHz DDR3,SSD硬盘,使用默认的JVM参数,运行在64位的OS X 10.10.1上。 ### 10\. HashMap与HashTable 1. HashTable 使用 synchronized 来进行同步。 2. HashMap 可以插入键为 null 的 Entry。 3. HashMap 的迭代器是 fail-fast 迭代器。 4. HashMap 不能保证随着时间的推移 Map 中的元素次序是不变的。 ### 11\. 小结 1. 扩容是一个特别耗性能的操作,所以当程序员在使用 HashMap 的时候,估算 map 的大小,初始化的时候给一个大致的数值,避免 map 进行频繁的扩容。 2. 负载因子是可以修改的,也可以大于1,但是建议不要轻易修改,除非情况非常特殊。 3. HashMap 是线程不安全的,不要在并发的环境中同时操作 HashMap,建议使用 ConcurrentHashMap。 4. JDK1.8 引入红黑树大程度优化了 HashMap 的性能。 参考资料: ![](https://img.kancloud.cn/5d/13/5d136073d8f1f08c013569274a1d6350_1218x700.png) * [Java 8系列之重新认识HashMap——美团技术](https://tech.meituan.com/java_hashmap.html) * [搞懂 Java HashMap 源码 - 掘金](https://juejin.im/post/5ac83fa35188255c5668afd0) * [搞懂 Java equals 和 hashCode 方法 - 掘金](https://juejin.im/post/5ac4d8abf265da23a4050ae3)