常用集合的底层数据结构和实现-Map

常用集合的底层数据结构和实现

 常见的底层数据结构：在java编程语言中，最基本的结构就是两种，一个是数组，另外一个是模拟指针（引用），所有的数据结构都可以用这两个基本结构来构造的(当然也不能绝对的说，但至少在java中现有的所以集合都是基于这2中数据结构实现的)

 Map类

HashMap

数据实现:底层基于模拟指针，也就是数组和链表的结合。底层整体结构是一个数组，数组中的每个元素又是一个链表。当创建一个HashMap的时候就会初始化一个数据，每次添加一个对象(put)的时候就会产生一个链表对象(也就是数组中的一个元素，Object类型)。集合中的每个Entry就是数组中的一个元素，每个Map.Entry就是一个key-value(键值对)，它具有由当前元素指向下一个元素的引用，这就构成了链表。

存储原理：当我们在向HsahMap中put元素的时候，先根据可以的hashCode重新计算该对象(也就是key)的hash值，根据计算的hash值得到这个元素(key)在数组中的位置(即下标)，如果数组该位置已经存在其他元素，那么这个位置的元素将会以链表的形式存放，新加入的放在链头，最先加入的放在链尾，如果数组该位置元素不存在，那么就直接将该元素放到此数组中的该位置。源码中做到将自动对象放到指定位置(下标)的方法是addEntry方法，其中里面涉及到了很复杂的hash算法，包括动态扩展数组的长度和指定位置的链表的结构的重新调整(新创建的对象放入到链头，原来的对象一次排列)，其中动态扩展数组长度为了优化查询和存储最大化以及优化散列(元素位置尽量的分布均匀些)等都做了对应的处理，这里就不一一做说明了，如果感兴可以直接自己去了解hash算法和map存储相关知识。

 

去重原理:经过hash算法和一系列的算法优化和链表结构的重构以及高位计算，使得不同的key算的得到的index(数组下标)相同的几率很小，那么在数据范围内公布上就比较均匀，当程序师徒建一个key-value放入到HashMap的时候，首先会根据该key的hashCode()返回的值决定将该Entry放在数组的哪个位

置，如果计算出来的值已经存在数组中即两个Entry的hashCode相同,那么他们存储在相同的位置，如果两个Entry的key的hashCode通过equals比较放回true,则新添加的对象掩盖掉原有的Entry,如果返false则新添加的Ebtry将与原来的Entry形成链，且新的Entry在链头，之后的依次排列。

 

读取原理:从HashMap中get元素时，首先计算key的hashCode，找到数组中对应位置的某一元素，然后通过key的equals方法在对应位置的链表中找到需要的元素。HashMap底层将HashMap 在底层将 key-value 当成一个整体进行处理，这个整体就是一个 Entry 对象。HashMap 底层采用一个 Entry[] 数组来保存所有的 key-value 对，当需要存储一个 Entry 对象时，会根据hash算法来决定其在数组中的存储位置，在根据equals方法决定其在该数组位置上的链表中的存储位置；当需要取出一个Entry时，也会根据hash算法找到其在数组中的存储位置，再根据equals方法从该位置上的链表中取出该Entry。

 

扩容机制(resize或者rehash):几乎所有的集合都是动态扩容的，当HashMap中的元素越来越多的时候，hash冲突的几率也就越来越高，因为数组的长度是固定的。所以为了提高查询的效率，就要对HashMap的数组进行扩容，数组扩容这个操作也会出现在ArrayList中，这是一个常用的操作，而在HashMap数组扩容之后，最消耗性能的点就出现了：原数组中的数据必须重新计算其在新数组中的位置，并放进去，这就是resize。那么HashMap什么时候进行扩容呢？当HashMap中的元素个数超过数组大小*loadFactor时，就会进行数组扩容，loadFactor的默认值为0.75，这是一个折中的取值。也就是说，默认情况下，数组大小为16，那么当HashMap中元素个数超过16*0.75=12的时候，就把数组的大小扩展为 2*16=32，即扩大一倍，然后重新计算每个元素在数组中的位置，而这是一个非常消耗性能的操作，所以如果我们已经预知HashMap中元素的个数，那么预设元素的个数能够有效的提高HashMap的性能

 

其他Map集合的区别和简介：

基本所有的map集合的底层数据结构和操作(存储，读取，删除，覆盖)原理都一样，都是基于数组和链表.