HashMap源码分析

HashMap是一种装载key-value的数据结构（字典）。

特点 

查询速度快

实现分析

如果采用链表结构直接存储，查询的时间复杂度为O(n)，显然不能满足需要；我们都知道数组支持随机访问，通过索引index可以在O(1)的时间内定位元素。

关键问题

如何将key值与index关联上 ：hash算法生成相应的hash值，并&上数组的长，

hash值重复

那么问题来了，再好的hash算法，也有可能生成相同的hash值，这种情况下不同的元素被映射到相同的位置上，直接覆盖以前的元素会造成数据的丢失，肯定是行不通的。

解决方法

数组的每个元素代表一个链表，当hash值重复时，直接将新的元素添加到链表上。

降低重复

如果hash之后重复的元素过多，导致其中某个链很长，会降低查询速度。

1.选择更有的hash算法

2.设置负载因子load factor，即保持数组一定的空闲度，通过牺牲一定的空间，提高查询的速度。HashMap采用load_factor = 0.75(当空间利用率超过75%时，对数组进行扩容)

HashMap采用数组+链表相结合

源码分析

public class HashMap<K,V>    extends AbstractMap<K,V>    implements Map<K,V>, Cloneable, Serializable

HashMap类实现了Map接口，同时实现了Cloneable和Serializable以支持深度拷贝和序列化

核心属性

//默认的数组容量，要求必须是2的次方MUST be a power of two    static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 16;    //定义最大容量    static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;    //负载因子，有利于降低重复概率    static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;    //存储数组，必要时可以扩容：即空间利用率超过0.75时    transient Entry<K,V>[] table;    //元素个数    transient int size;    //threshold = 容量(capacity) * 负载因子(loadFactor)，当size > threshold 时对数组进行扩容    int threshold;    //负载因子    final float loadFactor;

核心方法

1.hash函数，生成hash码

    final int hash(Object k) {        int h = 0;        if (useAltHashing) {            if (k instanceof String) {                return sun.misc.Hashing.stringHash32((String) k);            }            h = hashSeed;        }        h ^= k.hashCode();        // This function ensures that hashCodes that differ only by        // constant multiples at each bit position have a bounded        // number of collisions (approximately 8 at default load factor).        h ^= (h >>> 20) ^ (h >>> 12);        return h ^ (h >>> 7) ^ (h >>> 4);    }

2.生成数组索引（bucket）

       根据hash函数生成的hash码+数组长度

            bucketIndex = indexFor(hash, table.length);

    /**     * Returns index for hash code h.     */    static int indexFor(int h, int length) {        return h & (length-1);    }

3.添加元素

    a.通过key生成hash码-->b.根据hash码+数组长度生成index-->c.然后根据index判断元素是否已经存在，如果存在直接返回，反之，调用addEntry方法进行保存。

    public V put(K key, V value) {        if (key == null)            return putForNullKey(value);        int hash = hash(key);        int i = indexFor(hash, table.length);        for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) {            Object k;            if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {                V oldValue = e.value;                e.value = value;                e.recordAccess(this);                return oldValue;            }        }        modCount++;        addEntry(hash, key, value, i);        return null;    }

4.查找元素

    如果key为空，获取默认空可以，然后调用getEntry(key)查询元素的

    public V get(Object key) {        if (key == null)            return getForNullKey();        Entry<K,V> entry = getEntry(key);        return null == entry ? null : entry.getValue();    }

     a.通过key生成hash码-->b.根据hash码+数组长度生成index，然后判断元素是否存在，如果存在返回，返回元素；反之，返回 null。

    final Entry<K,V> getEntry(Object key) {        int hash = (key == null) ? 0 : hash(key);        for (Entry<K,V> e = table[indexFor(hash, table.length)];             e != null;             e = e.next) {            Object k;            if (e.hash == hash &&                ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))                return e;        }        return null;    }

5.元素结构

    static class Entry<K,V> implements Map.Entry<K,V> {        final K key;        V value;        Entry<K,V> next;        int hash;        /**         * Creates new entry.         */        Entry(int h, K k, V v, Entry<K,V> n) {            value = v;            next = n;            key = k;            hash = h;        }        public final K getKey() {            return key;        }        public final V getValue() {            return value;        }        public final V setValue(V newValue) {            V oldValue = value;            value = newValue;            return oldValue;        }        public final boolean equals(Object o) {            if (!(o instanceof Map.Entry))                return false;            Map.Entry e = (Map.Entry)o;            Object k1 = getKey();            Object k2 = e.getKey();            if (k1 == k2 || (k1 != null && k1.equals(k2))) {                Object v1 = getValue();                Object v2 = e.getValue();                if (v1 == v2 || (v1 != null && v1.equals(v2)))                    return true;            }            return false;        }        public final int hashCode() {            return (key==null   ? 0 : key.hashCode()) ^                   (value==null ? 0 : value.hashCode());        }        public final String toString() {            return getKey() + "=" + getValue();        }        /**         * This method is invoked whenever the value in an entry is         * overwritten by an invocation of put(k,v) for a key k that's already         * in the HashMap.         */        void recordAccess(HashMap<K,V> m) {        }        /**         * This method is invoked whenever the entry is         * removed from the table.         */        void recordRemoval(HashMap<K,V> m) {        }    }