Java中HashMap的内部工作

在本文中，我们将看到 hashmap 的 get 和 put 方法在内部是如何工作的。执行哪些操作。散列是如何完成的。如何通过键获取值。键值对的存储方式。
在上一篇文章中，HashMap 包含一个 Node 数组，Node 可以表示一个具有以下对象的类：

1. 整数哈希
2. K键
3. V值
4. 下一个节点

现在我们将看到它是如何工作的。首先我们将看到散列过程。

散列

散列是使用 hashCode() 方法将对象转换为整数形式的过程。有必要正确编写 hashCode() 方法以获得更好的 HashMap 性能。在这里，我使用我自己的类的键，以便我可以覆盖 hashCode() 方法来显示不同的场景。我的关键课是

//custom Key class to override hashCode()
// and equals() method
class Key
{
  String key;
  Key(String key)
  {
    this.key = key;
  }
  
  @Override
  public int hashCode() 
  {
     return (int)key.charAt(0);
  }

  @Override
  public boolean equals(Object obj)
  {
    return key.equals((String)obj);
  }
}

这里重写的 hashCode() 方法返回第一个字符的 ASCII 值作为哈希码。所以只要key的第一个字符相同，哈希码就会相同。你不应该在你的程序中接近这个标准。它仅用于演示目的。由于 HashMap 也允许空键，所以空的哈希码将始终为 0。

hashCode() 方法

hashCode() 方法用于获取对象的哈希码。对象类的 hashCode() 方法以整数形式返回对象的内存引用。 hashCode() 方法的定义是 public native hashCode()。它表明 hashCode() 的实现是原生的，因为在Java没有任何直接的方法来获取对象的引用。可以提供您自己的 hashCode() 实现。
在 HashMap 中，hashCode() 用于计算桶，从而计算索引。

等于() 方法

equals 方法用于检查 2 个对象是否相等。该方法由 Object 类提供。您可以在您的类中覆盖它以提供您自己的实现。
HashMap 使用 equals() 来比较键是否相等。如果 equals() 方法返回 true，则它们相等，否则不相等。

桶

桶是 HashMap 数组的一个元素。它用于存储节点。两个或多个节点可以具有相同的存储桶。在这种情况下，使用链表结构来连接节点。桶的容量不同。桶和容量之间的关系如下：

capacity = number of buckets * load factor

一个桶可以有多个节点，这取决于 hashCode() 方法。你的 hashCode() 方法越好，你的桶就会被更好地利用。

Hashmap中的索引计算

键的哈希码可能大到足以创建一个数组。生成的hash码可能在整数范围内，如果我们为这样的范围创建数组，那么很容易导致outOfMemoryException。所以我们生成索引来最小化数组的大小。基本上执行以下操作来计算索引。

index = hashCode(key) & (n-1).

其中 n 是桶数或数组大小。在我们的示例中，我将 n 视为默认大小，即 16。

为什么用上面的方法来计算指数

使用按位 AND运算符类似于进行位掩码，其中仅考虑散列整数的低位，这反过来提供了一种基于散列图长度计算模数的非常有效的方法。

• 初始为空的hashMap：这里hashmap的大小取为16。

HashMap map = new HashMap();

• 哈希映射：

• 插入键值对：将一个键值对放在上面的 HashMap 中

map.put(new Key("vishal"), 20);

• 脚步：
  1. 计算 Key {“vishal”} 的哈希码。它将生成为 118。
  2. 使用指数法计算指数为6。
  3. 创建一个节点对象：

{
  int hash = 118

  // {"vishal"} is not a string but 
  // an object of class Key
  Key key = {"vishal"}

  Integer value = 20
  Node next = null
}

2. 如果没有其他对象出现在那里，则将此对象放在索引 6 处。

• 插入另一个键值对：现在，放置另一个键值对，即

map.put(new Key("sachin"), 30);

• 脚步：
  1. 计算 Key {“sachin”} 的 hashCode。它将生成为 115。
  2. 使用索引法计算索引为3。
  3. 创建一个节点对象：

{
  int hash = 115
  Key key = {"sachin"}
  Integer value = 30
  Node next = null
}

• 在发生碰撞的情况下：现在，放置另一对，即

map.put(new Key("vaibhav"), 40);

• 脚步：
  1. 计算 Key {“vaibhav”} 的哈希码。它将生成为 118。
  2. 使用指数法计算指数为6。
  3. 创建一个节点对象：

{
  int hash = 118
  Key key = {"vaibhav"}
  Integer value = 40
  Node next = null
}

1. 如果那里没有其他对象，则将此对象放在索引 6 处。
2. 在这种情况下，在索引 6 处发现了一个节点对象——这是一个碰撞的情况。
3. 在这种情况下，通过 hashCode() 和 equals() 方法检查两个键是否相同。
4. 如果键相同，则用当前值替换该值。
5. 否则，通过链表将此节点对象连接到前一个节点对象，并且两者都存储在索引 6 处。
   现在 HashMap 变成了：

使用获取方法()

现在让我们尝试一些 get 方法来获取一个值。 get(K key) 方法用于通过其键获取值。如果您不知道密钥，则无法获取值。

• 获取关键 sachin 的数据：

map.get(new Key("sachin"));

• 脚步：
  1. 计算 Key {“sachin”} 的哈希码。它将生成为 115。
  2. 使用索引法计算索引为3。
  3. 转到数组的索引 3 并将第一个元素的键与给定的键进行比较。如果两者相等则返回值，否则检查下一个元素是否存在。
  4. 在我们的例子中，它被发现为第一个元素，返回值为 30。
• 获取密钥 vaibahv 的数据：

map.get(new Key("vaibhav"));

• 脚步：
  1. 计算 Key {“vaibhav”} 的哈希码。它将生成为 118。
  2. 使用指数法计算指数为6。
  3. 转到数组的索引 6 并将第一个元素的键与给定的键进行比较。如果两者相等则返回值，否则检查下一个元素是否存在。
  4. 在我们的例子中，它不是作为第一个元素找到的，节点对象的下一个不为空。
  5. 如果节点的下一个为空，则返回空。
  6. 如果节点的下一个不为空，则遍历第二个元素并重复过程3，直到未找到键或下一个不为空。
  7. put 和 get 方法的时间复杂度几乎是恒定的，直到重新散列未完成。
  8. 在发生冲突的情况下，即两个或多个节点的索引相同，节点通过链表连接，即第二个节点由第一个节点引用，第三个节点由第二个节点引用，依此类推。
  9. 如果给定的键已存在于 HashMap 中，则该值将替换为新值。
  10. 空键的哈希码为 0。
  11. 当获取带有键的对象时，将遍历链表，直到键匹配或在下一个字段中找到 null。