数据结构之HashMap底层实现原理详解

发布时间：2025-11-02 23:27:11 来源：创站工坊 作者：应用开发

前言

HashMap是数据实现Java中最常用的集合类框架，也是结构Java语言中非常典型的数据结构，同时也是底层我们需要掌握的数据结构，更重要的原理是进大厂面试必问之一;

今天我们来讲解分析下

一、HashMap底层实现原理解析

我们常见的详解有数据结构有三种结构：数组结构 、链表结构 、数据实现哈希表结构

1、结构数组结构

存储区间是底层连续，且占用内存严重，原理空间复杂也很大，详解时间复杂为O(1)。数据实现

优点：是结构随机读取效率很高，原因数组是底层连续(随机访问性强，查找速度快)。原理

缺点：插入和删除数据效率低，详解因插入数据，这个位置后面的数据在内存中要往后移的，且大小固定不易动态扩展。

2、链表结构

区间离散，b2b信息网占用内存宽松，空间复杂度小，时间复杂度O(N)。

优点：插入删除速度快，内存利用率高，没有大小固定，扩展灵活。

缺点：不能随机查找，每次都是从第一个开始遍历(查询效率低)。

3、哈希表结构

结合数组结构和链表结构的优点，从而实现了查询和修改效率高，插入和删除效率也高的一种数据结构

常见的HashMap就是这样的一种数据结构

4、HashMap中的put()和get()的实现原理：

①、map.put(k,v)实现原理

(1)首先将k,v封装到Node对象当中(节点)。

(2)然后它的底层会调用K的hashCode()方法得出hash值。

(3)通过哈希表函数/哈希算法，将hash值转换成数组的下标，下标位置上如果没有任何元素，就把Node添加到这个位置上。如果说下标对应的位置上有链表。WordPress模板此时，就会拿着k和链表上每个节点的k进行equal。如果所有的equals方法返回都是false，那么这个新的节点将被添加到链表的末尾。如其中有一个equals返回了true，那么这个节点的value将会被覆盖。

②、map.get(k)实现原理

(1)先调用k的hashCode()方法得出哈希值，并通过哈希算法转换成数组的下标。

(2)通过上一步哈希算法转换成数组的下标之后，在通过数组下标快速定位到某个位置上。如果这个位置上什么都没有，则返回null。如果这个位置上有单向链表，那么它就会拿着K和单向链表上的每一个节点的K进行equals，如果所有equals方法都返回false，则get方法返回null。如果其中一个节点的K和参数K进行equals返回true，那么此时该节点的value就是我们要找的站群服务器value了，get方法最终返回这个要找的value。

5、为何随机增删、查询效率都很高的原因是?

原因: 增删是在链表上完成的，而查询只需扫描部分，则效率高。

HashMap集合的key，会先后调用两个方法，hashCode and equals方法，这这两个方法都需要重写。

6、为什么放在hashMap集合key部分的元素需要重写equals方法?

因为equals方法默认比较的是两个对象的内存地址

二、HashMap红黑树原理分析

相比 jdk1.7 的 HashMap 而言，jdk1.8最重要的就是引入了红黑树的设计，当hash表的单一链表长度超过 8 个的时候，链表结构就会转为红黑树结构。

为什么要这样设计呢?好处就是避免在最极端的情况下链表变得很长很长，在查询的时候，效率会非常慢。

简单的说，红黑树是一种近似平衡的二叉查找树，其主要的优点就是“平衡“，即左右子树高度几乎一致，以此来防止树退化为链表，通过这种方式来保障查找的时间复杂度为 log(n)。

关于红黑树的内容，网上给出的内容非常多，主要有以下几个特性：

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