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2024年3月26日发(作者：面试100题及答题技巧)
map集合底层实现原理
Map集合底层实现原理
1. 简介
Map是Java中常用的数据结构之一，它提供了一种将键值对映射
到唯一值的方法。在Java中，Map接口有多种实现类，如HashMap、
TreeMap等。本文将以HashMap为例，深入解析其底层实现原理。
2. HashMap的基本概念
HashMap是基于哈希表的实现，它使用了哈希函数将键映射到存
储位置。每个位置称为桶（bucket），每个桶可以存储一个或多个键
值对。HashMap中的每个键值对都被称为Entry，一个Entry包含了键、
值和指向下一个Entry的指针。
3. 哈希函数
哈希函数是HashMap实现的核心。它接受一个键作为输入，并返
回一个唯一的哈希码。HashMap使用哈希码来确定键的存储位置。
4. 存储结构
HashMap的底层是一个数组，数组的每个元素是一个链表的头结
点。当多个键的哈希码相同时，它们会被存储在同一个桶中，以链表
的形式连接起来。
5. 插入元素
当插入一个新的键值对时，HashMap会首先计算键的哈希码，根
据哈希码找到对应的桶。如果桶为空，直接在该桶中插入Entry。如果
桶不为空，遍历链表，如果遇到相同的键，更新对应的值；如果遍历
结束仍未找到相同的键，生成一个新的Entry并插入链表的末尾。
6. 获取元素
当要获取一个键对应的值时，HashMap会首先计算键的哈希码，
根据哈希码找到对应的桶。然后遍历链表，找到与键相同的Entry，并
返回其值。
7. 删除元素
当要删除一个键值对时，HashMap会首先计算键的哈希码，根据
哈希码找到对应的桶。然后遍历链表，找到与键相同的Entry，将其从
链表中删除。
8. 扩容机制
当HashMap中的元素数量超过阈值时，会触发扩容操作。扩容操
作会将数组大小增加一倍，并重新计算每个元素的哈希码，然后重新
分配到新的桶中。
9. 总结
通过对HashMap底层实现原理的解析，我们了解到了Map集合的
基本概念、哈希函数的作用以及HashMap的存储结构和常用操作。
以上是对Map集合底层实现原理的简要介绍，希望能够帮助读者
更好地理解Map集合的使用和内部实现。对于深入研究HashMap底层
实现的同学来说，可以结合源码进行更加详细的学习。
10. HashMap和Hashtable的区别
HashMap和Hashtable都是用来存储键值对的集合，它们的底层
实现原理相似，但也有一些区别。
• 线程安全性： Hashtable是线程安全的，所有的方
法都是同步的，多个线程可以安全地同时访问Hashtable；而
HashMap则是非线程安全的，多个线程同时访问HashMap可能会
导致数据不一致性。
• 空值： Hashtable不允许存储空值（null），如果
尝试将空值存储进Hashtable中，会抛出NullPointerException；
而HashMap允许存储一个空值，即键或值为null。
• 迭代器： Hashtable的迭代器是通过Enumeration
实现的，而HashMap的迭代器是通过Iterator实现的。与
Iterator相比，Enumeration的功能较为有限。
• 性能： HashMap的性能通常比Hashtable更好，主
要因为HashMap不需要进行同步控制。但在多线程环境下，
Hashtable的同步机制可以确保数据的正确性，因此在需要线程
安全性的情况下，HashTable可能更适合。
综上所述，HashMap和Hashtable在使用上有一些区别，我们可
以根据具体的需求来选择适用的实现类。
11. 其他Map实现类
除了HashMap和Hashtable，Java中还有其他一些实现Map接口
的类。
• TreeMap： TreeMap是基于红黑树实现的，它内部的
键值对是有序存储的，按照键的自然顺序或者自定义顺序进行排
序。
• LinkedHashMap： LinkedHashMap继承自HashMap，
它在HashMap的基础上添加了一个双向链表，可以保持键值对的
插入顺序。
• ConcurrentHashMap： ConcurrentHashMap是并发安
全的哈希表实现，它允许多个线程同时访问，使用了锁分段技术
来提高并发性能。
这些不同的实现类在特性和性能上有所区别，根据实际需求选取
合适的实现类可以提高代码的效率和可读性。
12. 总结
通过对Map集合底层实现原理的逐步分析，我们了解了HashMap
的基本概念、哈希函数的作用、存储结构、插入、获取和删除元素的
操作流程，以及HashMap的扩容机制。同时，我们还比较了HashMap
和Hashtable的区别，以及介绍了其他一些常用的Map实现类。
深入理解Map集合的底层实现原理有助于我们更好地使用和优化
代码，同时也为后续学习更复杂的数据结构和算法打下了基础。
希望本文对大家的学习有所帮助！
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