JAVA开发（数据类型String和HasMap的实现原理）

在JAVA开发中，使用最多的数据类型恐怕是String 和 HasMap两种数据类型。在开发的过程中我们每天都使用的不亦乐乎。但是相信很多人都没有考虑过String数据类型的实现原理或者说是在数据结构中的存储原理，还有一个就是是HashMap，也很少有人去了解。而且随着jdk版本的发展，这两个类型的实现都一直在优化，而不是一成不变的。有时候只有在找工作面试的时候被面试官问题，然后是一脸蒙蔽。每天都在用，也不用考虑它的原理啊。懂得用不就行了吗？这句话其实对其实也不对，对于实现业务来说，是已经足够了。但是对于对每一行代码做到极致的性能，很多东西还是需要知道它的原理。今天这一节就来梳理梳理String和HashMap的实现原理。

String数据类型：

无处不在的String类型。它位于java jdk 的lang包中，所以无需import就可以直接使用。从源码上看String是被final修饰的，所以它是不能被继承的。

 

	/** ID */private Integer id;/** 用户姓名 */private String userName;/** 登录名 */private String loginName;/** 密码 */private String password;public User() {super();}public User(Integer id, String userName, String loginName, String password) {super();this.id = id;this.userName = userName;this.loginName = loginName;this.password = password;}

由于其使用的广泛性，几乎在每一代的JDK优化升级中都存在对String的优化。

首先在JDK1.7中，我们都知道 String s = "maoheyeren";这个对象是存在常量池中的，JDK1.6的常量池位于方法区。但是到了JDK1.7，就讲常量池优化到了堆中，因为堆的内存更大，方便常量池的扩展。

在JDK1.8和JDK1.8以前，我们可以看一下源码，它的构造函数，可以知道String的下一层是使用char类型存储，但是到了JDK9就使用了byte[]存储，进行了优化减少了存储空间消耗。

 所以就是大家平时天天使用的String类型，也不是一层不变的！这个需要注意，算法的优化永无止境！

String对象的创建方式：

String s = "茅河野人是大神";

String s = new String ("茅河野人是大神")

 

String的源码，实现了序列化、Comparable以及CharSequence接口。

public final class Stringimplements java.io.Serializable, Comparable<String>, CharSequence {// 在JDK1.8中String的值使用char[]数组保存private final char value[];// 使用私有成员变量hash来缓存String的哈希值private int hash; // Default to 0// 构造方法public String(String original) {this.value = original.value;this.hash = original.hash;}public String(char value[]) {this.value = Arrays.copyOf(value, value.length);}...省略
}

 还有一个比较关心的问题String到底能存多长的数据。

查看String源代码返回长度的方法，int类型所能表示的最大范围为[0, 2^31-1]，实际根据String的两种创建方式还有所不同。

1、使用String s = "茅河野人是大神";  方式创建对象时javac编译会校验字符串的长度，0xFFFF所能表示的最大长度为2^16=65536，因此这种方式创建的字符串长度会小于65536。而且CONSTANT_Utf8_info型常量的最大长度是是65535 - 1 = 65534个字节，若是中文字符，长度为65535 / 3字节。如果运行时方法区设置的比较小，实际长度可能达不到理论字节。
 

2、使用new关键字创建对象时，对象在堆内存中分配空间，调用系统的copyOf()，方法，所支持的理论最大长度为Integer.MAX_VALUE，2^31-1；实际情况受虚拟机和堆内存的大小限制。

HashMap数据类型：

HaspMap我们天天往里面put东西，put字符串，put对象，用的时候就get出来，也是从来没思考过里面的实现原理。

JDK1.8 之前 HashMap 的数据结构是 数组+链表 。数组是 HashMap 的主体，单向链表则是主要为了解决哈希冲突而存在的（“拉链法”解决冲突）。JDK1.8 以后在解决哈希冲突时有了较大的变化，当链表长度大于等于阈值（默认为 8）时，且tab.length>=64时，将链表转化为红黑树，以减少搜索时间。
 注意，HashMap的底层数据结构中链表是单向链表，也就是只有next指针，没有prev指针。而LinkedHashMap维护了before、 after、head以及tail。

JDK1.8 之前 HashMap 底层是 数组和链表 结合在一起使用也就是 链表散列。HashMap 通过 key 的 hashCode 经过扰动函数处理过后得到 hash 值，然后通过 (n - 1) & hash值 判断当前元素存放的位置（这里的 n 指的是数组的长度）。

如果当前位置存在元素的话，就判断该元素与要存入的元素的 hash 值以及 key 是否相同，如果相同的话，直接覆盖；不相同就通过拉链法解决冲突。

hashcode的计算算法：

hash(Object key)–扰动函数
所谓扰动函数指的就是 HashMap 的 hash 方法。使用 hash 方法也就是扰动函数是为了防止一些实现比较差的 hashCode() 方法造成的碰撞，换句话说使用扰动函数之后可以减少碰撞。

先获得key的hashCode的值 h，然后 h 和 h右移16位 做异或运算。

实质上是把一个数的低16位与他的高16位做异或运算，因为在 (n - 1) & hash 的计算中，hash变量只有末x位会参与到运算。使高16位也参与到hash的运算能减少冲突。

JDK1.7之前的hashMap存储结构：

 

到了JDK1.8以后进行额优化，这一点经常有些找事情的面试官会问到。可以看出HashMap以链表的方式存储在数组中，到了JDK1.8以后，以红黑树的方式存储在数组中。

 

   static class Node<K,V> implements Map.Entry<K,V> {final int hash;final K key;V value;Node<K,V> next;Node(int hash, K key, V value, Node<K,V> next) {this.hash = hash;this.key = key;this.value = value;this.next = next;}public final K getKey()        { return key; }public final V getValue()      { return value; }public final String toString() { return key + "=" + value; }public final int hashCode() {return Objects.hashCode(key) ^ Objects.hashCode(value);}public final V setValue(V newValue) {V oldValue = value;value = newValue;return oldValue;}public final boolean equals(Object o) {if (o == this)return true;if (o instanceof Map.Entry) {Map.Entry<?,?> e = (Map.Entry<?,?>)o;if (Objects.equals(key, e.getKey()) &&Objects.equals(value, e.getValue()))return true;}return false;}}