副标题#e#

面试的时候经常会遇见诸如：“java中的HashMap是怎么工作的”，“HashMap的get和put内部的工作原理”这样的问题。本文将用一个简单的例子来解释下HashMap内部的工作原理。首先我们从一个例子开始，而不仅仅是从理论上，这样，有助于更好地理解，然后，我们来看下get和put到底是怎样工作的。

我们来看个非常简单的例子。有一个”国家”(Country)类，我们将要用Country对象作为key，它的首都的名字（String类型）作为value。下面的例子有助于我们理解key-value对在HashMap中是如何存储的。

1.?Country.java

<span class="hljs-keyword">long population;

<span class="hljs-function"><span class="hljs-keyword"><span class="hljs-function"><span class="hljs-keyword">public<span class="hljs-function"> <span class="hljs-title"><span class="hljs-function"><span class="hljs-title">Country<span class="hljs-params"><span class="hljs-function"><span class="hljs-params">(String name,<span class="hljs-keyword"><span class="hljs-function"><span class="hljs-params"><span class="hljs-keyword">long<span class="hljs-function"><span class="hljs-params"> population)<span class="hljs-function"> {

<span class="hljs-keyword">super();

<span class="hljs-keyword">this.name = name;

<span class="hljs-keyword">this.population = population;

}

<span class="hljs-function"><span class="hljs-keyword"><span class="hljs-function"><span class="hljs-keyword">public<span class="hljs-function"> String <span class="hljs-title"><span class="hljs-function"><span class="hljs-title">getName<span class="hljs-params"><span class="hljs-function"><span class="hljs-params">()<span class="hljs-function"> {

<span class="hljs-keyword">return name;

}

<span class="hljs-function"><span class="hljs-keyword"><span class="hljs-function"><span class="hljs-keyword">public<span class="hljs-function"> <span class="hljs-keyword"><span class="hljs-function"><span class="hljs-keyword">void<span class="hljs-function"> <span class="hljs-title"><span class="hljs-function"><span class="hljs-title">setName<span class="hljs-params"><span class="hljs-function"><span class="hljs-params">(String name)<span class="hljs-function"> {

<span class="hljs-keyword">this.name = name;

}

<span class="hljs-function"><span class="hljs-keyword"><span class="hljs-function"><span class="hljs-keyword">public<span class="hljs-function"> <span class="hljs-keyword"><span class="hljs-function"><span class="hljs-keyword">long<span class="hljs-function"> <span class="hljs-title"><span class="hljs-function"><span class="hljs-title">getPopulation<span class="hljs-params"><span class="hljs-function"><span class="hljs-params">()<span class="hljs-function"> {

<span class="hljs-keyword">return population;

}

<span class="hljs-function"><span class="hljs-keyword"><span class="hljs-function"><span class="hljs-keyword">public<span class="hljs-function"> <span class="hljs-keyword"><span class="hljs-function"><span class="hljs-keyword">void<span class="hljs-function"> <span class="hljs-title"><span class="hljs-function"><span class="hljs-title">setPopulation<span class="hljs-params"><span class="hljs-function"><span class="hljs-params">(<span class="hljs-keyword"><span class="hljs-function"><span class="hljs-params"><span class="hljs-keyword">long<span class="hljs-function"><span class="hljs-params"> population)<span class="hljs-function"> {

<span class="hljs-keyword">this.population = population;

}
<span class="hljs-comment">// If length of name in country object is even then return 31(any random number) and if odd then return 95(any random number).

<span class="hljs-comment">// This is not a good practice to generate hashcode as below method but I am doing so to give better and easy understanding of hashmap.

<span class="hljs-meta">@Override

<span class="hljs-function"><span class="hljs-keyword"><span class="hljs-function"><span class="hljs-keyword">public<span class="hljs-function"> <span class="hljs-keyword"><span class="hljs-function"><span class="hljs-keyword">int<span class="hljs-function"> <span class="hljs-title"><span class="hljs-function"><span class="hljs-title">hashCode<span class="hljs-params"><span class="hljs-function"><span class="hljs-params">()<span class="hljs-function"> {

<span class="hljs-keyword">if(<span class="hljs-keyword">this.name.length()%<span class="hljs-number">2==<span class="hljs-number">0)

<span class="hljs-keyword">return <span class="hljs-number">31;

<span class="hljs-keyword">else

<span class="hljs-keyword">return <span class="hljs-number">95;

}

<span class="hljs-meta">@Override

<span class="hljs-function"><span class="hljs-keyword"><span class="hljs-function"><span class="hljs-keyword">public<span class="hljs-function"> <span class="hljs-keyword"><span class="hljs-function"><span class="hljs-keyword">boolean<span class="hljs-function"> <span class="hljs-title"><span class="hljs-function"><span class="hljs-title">equals<span class="hljs-params"><span class="hljs-function"><span class="hljs-params">(Object obj)<span class="hljs-function"> {

                        #p#副标题#e##p#分页标题#e#
Country other = (Country) obj;

<span class="hljs-keyword">if (name.equalsIgnoreCase((other.name)))

<span class="hljs-keyword">return <span class="hljs-keyword">true;

<span class="hljs-keyword">return <span class="hljs-keyword">false;

}
}

2. HashMapStructure.java(main class)

<span class="hljs-comment"&gt;/**
 * @author Arpit Mandliya
 */
<span class="hljs-keyword"&gt;public <span class="hljs-keyword"&gt;static <span class="hljs-built_in"&gt;void main(<span class="hljs-built_in"&gt;String[] args) {

    Country india=<span class="hljs-keyword"&gt;new Country(<span class="hljs-string"&gt;"India",<span class="hljs-number"&gt;1000);
    Country japan=<span class="hljs-keyword"&gt;new Country(<span class="hljs-string"&gt;"Japan",<span class="hljs-number"&gt;10000);

    Country france=<span class="hljs-keyword"&gt;new Country(<span class="hljs-string"&gt;"France",<span class="hljs-number"&gt;2000);
    Country russia=<span class="hljs-keyword"&gt;new Country(<span class="hljs-string"&gt;"Russia",<span class="hljs-number"&gt;20000);

    HashMap<country,<span class="hljs-built_in"&gt;string> countryCapitalMap=<span class="hljs-keyword"&gt;new HashMap<country,<span class="hljs-built_in"&gt;string>();
    countryCapitalMap.put(india,<span class="hljs-string"&gt;"Delhi");
    countryCapitalMap.put(japan,<span class="hljs-string"&gt;"Tokyo");
    countryCapitalMap.put(france,<span class="hljs-string"&gt;"Paris");
    countryCapitalMap.put(russia,<span class="hljs-string"&gt;"Moscow");

    Iterator<country> countryCapitalIter=countryCapitalMap.keySet().iterator();<span class="hljs-comment"&gt;//put debug point at this line
    <span class="hljs-keyword"&gt;while(countryCapitalIter.hasNext())
    {
        Country countryObj=countryCapitalIter.next();
        <span class="hljs-built_in"&gt;String capital=countryCapitalMap.get(countryObj);
        System.out.println(countryObj.getName()+<span class="hljs-string"&gt;"----"+capital);
        }
    }
}


现在，在第23行设置一个断点，在项目上右击->调试运行(debug as)->java应用(java application)。程序会停在23行，然后在countryCapitalMap上右击，选择“查看”（watch）。将会看到如下的结构：


从上图可以观察到以下几点：
1. 有一个叫做table大小是16的Entry数组。
2. 这个table数组存储了Entry类的对象。HashMap类有一个叫做Entry的内部类。这个Entry类包含了key-value作为实例变量。我们来看下Entry类的结构。Entry类的结构：

3. 每当往hashmap里面存放key-value对的时候，都会为它们实例化一个Entry对象，这个Entry对象就会存储在前面提到的Entry数组table中。现在你一定很想知道，上面创建的Entry对象将会存放在具体哪个位置（在table中的精确位置）。答案就是，根据key的hashcode()方法计算出来的hash值（来决定）。hash值用来计算key在Entry数组的索引。
4. 现在，如果你看下上图中数组的索引10，它有一个叫做HashMap$Entry的Entry对象。
5. 我们往hashmap放了4个key-value对，但是看上去好像只有2个元素！！！这是因为，如果两个元素有相同的hashcode，它们会被放在同一个索引上。问题出现了，该怎么放呢？原来它是以链表(LinkedList)的形式来存储的(逻辑上)。
上面的country对象的key-value的hash值是如何计算出来的。
Japan的Hash值是95，它的长度是奇数。?India的Hash值是95，它的长度是奇数。?Russia的Hash值是31，它的长度是偶数。?France，它的长度是偶数。??
下图会清晰的从概念上解释下链表。


所以，现在假如你已经很好地了解了hashmap的结构，让我们看下put和get方法。
Put :
#p#副标题#e##p#分页标题#e#
让我们看下put方法的实现：
,or null
  *         if there was no mapping for key. (A null return
  *         can also indicate that the map previously associated
  *         null with key.)
  */
  e = table[i]; e != modCount++;

addEntry(hash,key,<span class="hljs-keyword">value,i);

<span class="hljs-keyword">return <span class="hljs-literal">null;

}



现在我们一步一步来看下上面的代码。

对key做null检查。如果key是null，会被存储到table[0]，因为null的hash值总是0。
key的hashcode()方法会被调用，然后计算hash值。hash值用来找到存储Entry对象的数组的索引。有时候hash函数可能写的很不好，所以JDK的设计者添加了另一个叫做hash()的方法，它接收刚才计算的hash值作为参数。
indexFor(hash,table.length)用来计算在table数组中存储Entry对象的精确的索引。
在我们的例子中已经看到，如果两个key有相同的hash值(也叫冲突)，他们会以链表的形式来存储。所以，这里我们就迭代链表。


如果在刚才计算出来的索引位置没有元素，直接把Entry对象放在那个索引上。
如果索引上有元素，然后会进行迭代，一直到Entry->next是null。当前的Entry对象变成链表的下一个节点。
如果我们再次放入同样的key会怎样呢？逻辑上，它应该替换老的value。事实上，它确实是这么做的。在迭代的过程中，会调用equals()方法来检查key的相等性(key.equals(k))，如果这个方法返回true，它就会用当前Entry的value来替换之前的value。

Get:
现在我们来看下get方法的实现：
  * A return value of {necessarily indicate that
  * the map contains no mapping for the key; it's also possible that the map
  * explicitly maps the key to { e = table[indexFor(hash,table.length)]; e != 
当你理解了hashmap的put的工作原理，理解get的工作原理就非常简单了。当你传递一个key从hashmap总获取value的时候：

对key进行null检查。如果key是null，table[0]这个位置的元素将被返回。
key的hashcode()方法被调用，然后计算hash值。
indexFor(hash,table.length)用来计算要获取的Entry对象在table数组中的精确的位置，使用刚才计算的hash值。
在获取了table数组的索引之后，会迭代链表，调用equals()方法检查key的相等性，如果equals()方法返回true，get方法返回Entry对象的value，否则，返回null。

要牢记以下关键点：

HashMap有一个叫做Entry的内部类，它用来存储key-value对。
上面的Entry对象是存储在一个叫做table的Entry数组中。
table的索引在逻辑上叫做“桶”(bucket)，它存储了链表的第一个元素。
key的hashcode()方法用来找到Entry对象所在的桶。
如果两个key有相同的hash值，他们会被放在table数组的同一个桶里面。
key的equals()方法用来确保key的唯一性。
value对象的equals()和hashcode()方法根本一点用也没有。


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