透过Java中的HashMap了解Map接口("深入理解Java HashMap：探索Map接口的奥秘")

原创

ithorizon 6个月前 (10-21) 阅读数 25 #后端开发

深入明白Java HashMap：探索Map接口的奥秘

一、引言

在Java中，Map接口是一个非常常用的数据结构，它允许我们存储键值对（Key-Value Pair）。HashMap是Map接口的一个常用实现，它基于哈希表实现，提供了飞速的查找、插入和删除操作。本文将深入探讨HashMap的工作原理，以及Map接口的奥秘。

二、Map接口概述

Map接口定义了键值对的存储、查询和遍历等操作。Map接口中的常用方法包括：

put(K key, V value)：添加键值对到Map中

get(K key)：凭借键获取对应的值

remove(K key)：从Map中删除键值对

size()：获取Map中的键值对数量

isEmpty()：判断Map是否为空

三、HashMap的工作原理

HashMap底层采用数组加链表（或红黑树）的对策实现。当向HashMap中添加一个键值对时，会首先计算键的哈希值，然后凭借哈希值找到数组中的位置。如果该位置没有其他元素，则直接存储；如果该位置已有元素，则会比较键的相等性，如果键相等，则替换旧的值，否则将新元素添加到链表（或红黑树）中。

四、HashMap的哈希函数

HashMap使用哈希函数来计算键的哈希值。Java中的Object类定义了一个hashCode()方法，该方法返回对象的哈希码。HashMap的哈希函数如下：


int hash = key.hashCode();
int index = hash & (table.length - 1);

其中，key.hashCode()返回键的哈希码，table.length是HashMap数组的长度。通过取模运算，将哈希码映射到数组索引上。

五、HashMap的扩容机制

当HashMap中的元素数量约为数组长度的75%时，HashMap会进行扩容操作。扩容操作会将数组长度扩大为原来的两倍，并重新计算所有元素的索引。以下是扩容操作的伪代码：


if (size > threshold) {
    int newCapacity = capacity * 2;
    Entry[] newTable = new Entry[newCapacity];
    for (Entry entry : table) {
        while (entry != null) {
            Entry next = entry.next;
            int index = entry.hash & (newCapacity - 1);
            entry.next = newTable[index];
            newTable[index] = entry;
            entry = next;
        }
    }
    table = newTable;
}

六、HashMap的遍历

HashMap提供了两种遍历对策：一种是直接遍历数组，另一种是遍历键值对集合。以下是遍历HashMap的示例代码：


Map map = new HashMap<>();
// 添加元素
map.put("A", 1);
map.put("B", 2);
map.put("C", 3);
// 对策一：遍历数组
for (int i = 0; i < map.table.length; i++) {
    Entry entry = map.table[i];
    while (entry != null) {
        System.out.println("Key: " + entry.key + ", Value: " + entry.value);
        entry = entry.next;
    }
}
// 对策二：遍历键值对集合
for (Map.Entry entry : map.entrySet()) {
    System.out.println("Key: " + entry.getKey() + ", Value: " + entry.getValue());
}