深入了解HashMap的底层原理

深入了解HashMap的底层原理

各位java开发的同学肯定对HashMap并不陌生,它是一种非常常见的数据结构,可是大家真的对它十分了解吗?知道它底层设计的原型和思路吗?


  • 什么是HashMap
    HashMap是一个存储K-V键值对的集合,每一个键值对叫做Entry。这些键值对存储在一个数组当中,这个数组就是HashMap的主要组成部分。
    使用HashMap主要的方法有两个Put()和Get()。
    1.Put方法的原理
    当调用Put方法时需要使用Hash函数来确定Entry在数组中的位置(index)
    index=Hash("XX")
    假设index是0,则把“XX”放到数组的第一个位置上。
    但是如果随着数据的不断增多,就很容易出现相同的index,这样就需要通过使用链表来解决index冲突的问题。因此HashMap数组的每一个元素既是一个Entry对象也是链表的头节点。每一个Entry对象通过Next指针指向它的下一个Entry节点。这样如果index再冲突的时候,只需要插入到对应的链表下即可。
    2.Get方法原理
    使用Get方法时传入key来获取value时,同样会使用Hash函数对key做一次hash映射,得到对应的index,通过index去数组对应的位置上取第一个值和key做比较,如果不是想要的key则顺着链表取下一个值,直到得到正确的结果。

  • 为什么老是说HashMap是线程不安全的
    HashMap的容量是有限的,在经过多次元素的插入后,key的hash映射发生冲突的几率就逐渐提高。这个时候就需要扩展HashMap的长度,也就是进行Resize。
    Resize的步骤
    1.扩容
    扩容就是创建一个新的Entry空数组,长度是原来数组的两倍。
    2.ReHash
    ReHash的时候会首先遍历原来的数组,把原来数组所有的Entry重新Hash到新的数组中。为啥需要把以前的Entry重新Hash一遍呢,因为在数组的长度增加后,Hash的规则也相应发生变化。
    此时如果此HashMap达到了Resize的临界值,而同时有多个线程在对此HashMap做插入操作时就有可能使HashMap的链表出现环形链表,程序就会进入死循环(具体出现环形链表的条件比较苛刻,而且流程非常烧脑)。

  • 线程安全的ConcurrentHashMap
    ConcurrentHashMap是HashMap的升级版,同时兼顾了线程安全和运行的效率。
    ConcurrentHashMap的设计包含了一个非常重要的数据结构Segment
    1.什么是Segment
    Segment本身就是一个HashMap对象,Segment包含一个HashEntry数组,数组中的每一个HashEntry既是一个键值对,也是链表的头结点。
    2.ConcurrentHashMap设计的好处
    每一个Segment都相当于一个自治区,读和写高度自治,每一个Segment之间互不影响。每一个Segment的写入是上锁的,因此对同一个Segment的并发写入会被阻塞。这样既保证了线程安全又降低了锁的粒度,使并发操作的效率更高。
    3.ConcurrentHashMap具体的读写流程
    Get()方法
    (1):为输入的Key做Hash运算,得到hash值。
    (2):通过hash值,定位到对应的Segment对象。
    (3):再次通过hash值,定位到Segment当中数组的具体位置。
    Put()方法
    (1):为输入的Key做Hash运算,得到hash值。
    (2):通过hash值,定位到对应的Segment对象
    (3):再次通过hash值,定位到Segment当中数组的具体位置。
    (4):插入或覆盖HashEntry对象。
    (5):释放锁。

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