1. 初始化
当我们创建一个 HashMap
实例时,初始化过程如下:
Map<Integer, String> map = new HashMap<>();
在初始化时,HashMap
进行以下操作:
-
默认容量和加载因子:
- 默认容量为 16。
- 默认加载因子为 0.75。
-
临界值(Threshold):
- 临界值 = 容量 * 加载因子,即 16 * 0.75 = 12。这意味着当
HashMap
中的元素数量达到 12 时就会进行扩容。
- 临界值 = 容量 * 加载因子,即 16 * 0.75 = 12。这意味着当
-
桶数组:
HashMap
的底层是一个数组,这个数组存储的是链表(在 Java 8 及以后,可能是红黑树)。
2. 插入数据
插入数据的过程涉及几个关键步骤:
a. 计算哈希值
当插入一个键值对时,首先计算键的哈希值:
int hash = key.hashCode();
HashMap
通过哈希值决定元素在桶数组中的位置。哈希值的计算涉及将键的哈希码进行某些位操作以减少冲突。
b. 确定索引
使用哈希值和数组长度来确定键值对存储的位置(索引):
int index = (n - 1) & hash;
其中,n
是桶数组的长度。这个操作通过位运算使得索引值分布更加均匀。
c. 插入元素
- 如果索引位置为空:直接插入键值对。
- 如果索引位置不为空:
- 遍历链表(或者红黑树)以检查是否有相同的键。如果有,更新值。
- 如果没有相同的键,将新节点添加到链表末尾或树中。
if (table[index] == null) {
table[index] = new Node<>(hash, key, value, null);
} else {
Node<K, V> node = table[index];
while (node != null) {
if (node.hash == hash && (node.key == key || key.equals(node.key))) {
node.value = value;
break;
}
node = node.next;
}
if (node == null) {
table[index] = new Node<>(hash, key, value, table[index]);
}
}
d. 检查并调整大小
插入新元素后,检查当前元素数量是否超过临界值。如果超过,进行扩容:
if (size++ >= threshold) { resize(); }
扩容过程:
1. 检查容量
当向 HashMap
添加新元素时,首先会检查当前的存储容量。如果当前元素数量超过了临界值(threshold
),就需要进行扩容。临界值的计算方式是 capacity * load factor
。
2. 创建新的桶数组
扩容的第一步是创建一个新的桶数组,新的数组大小是旧数组的两倍。这是为了减少键值对之间的冲突(即多个键值对哈希到相同位置的情况)。
3. 重新计算哈希值
扩容过程中,需要重新计算每个键的哈希值。在新的桶数组中,键的位置可能会发生变化。新的索引通过对新的数组长度取模来确定。
4. 重新分配键值对
HashMap
会将旧数组中的每个键值对重新分配到新的桶数组中。这一步需要遍历旧数组,并将每个键值对重新计算哈希值后放入新的位置。
5. 更新引用
最后,HashMap
更新内部引用,将新的桶数组设置为当前使用的数组。旧数组会被垃圾回收机制回收。