HashMap源码解析-jdk8

HashMap概述

工作原理：HashMap的底层数据结构是数组加链表。通过hash（链地址法解决hash冲突）的方法，使用get和put获取和存储对象。存储对象时，将K/V传给put方法，put方法调用hashCode计算hash从而得到在bucket中的位置，若此位置没有元素，则直接放置在此位置，若有元素，则放置在链表的开头。同时，HashMap也会根据当前bucket的占用情况自动调整容量。获取对象时，将K传给get，它调用hashCode计算hash从而得到bucket位置，并进一步调用equals方法确定键值对。
HashMap允许null 键值对，即键和值都能为null，非同步，不保证有序，也不保证顺序不随时间变化（resize操作会修改顺序），当key为null时，放置在第一个桶中，即hash值为0

HashMap字段解释

static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; //HashMap默认大小为16static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;//最大存储容量2的20次方static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;//默认的加载因子，会影响HashMap性能的一个数值，一般不需要修改static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8;//碰撞临界值，超过此值，会将链表修改为红黑树transient Node<K,V>[] table;//保存元素的数组，长度为2的幂，根据情况进行大小的调整，为什么使用transient，为了防止使用Serializable接口中的序列化方法，因为table的大小可以调整，里面有可能会存在很多的null值。但是HashMap定义了自己的readObject和writeObject方法，使用自己定义的方法进行table的序列化，防止空间的浪费。transient int modCount;//当修改HashMap的结构时，会改变modCount的值，用于iterator的fast-failint threshold;//下一个进行resize操作的值，一般等于(capacity * load factor)

方法说明

内部结构Node

static class Node<K,V> implements Map.Entry<K,V> {        final int hash;        final K key;        V value;        Node<K,V> next; //Node中有此元素的hash值，键key，值value，下一个元素        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);//通过hashCode计算key和value，在进行异或操作        }        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;        }    }

hash方法

   static final int hash(Object key) {        int h;        return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);//若key不为null，将key的hashCode值的高16位与低16位进行异或操作    }

tableSizeFor方法

    static final int tableSizeFor(int cap) {        int n = cap - 1;        n |= n >>> 1;        n |= n >>> 2;        n |= n >>> 4;        n |= n >>> 8;        n |= n >>> 16;        return (n < 0) ? 1 : (n >= MAXIMUM_CAPACITY) ? MAXIMUM_CAPACITY : n + 1;    }

给出大于cap且为2的幂的最近的值，如cap=5，则输出8

HashMap的初始化方式

• public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor){}
• public HashMap(int initialCapacity){}
• public HashMap(){} 默认容量为16，load factor为0.75
• public HashMap(Map

get方法（获取元素）

1. 根据给定的key值，使用hash方法计算对应的hash值
2. 根据hash值利用公式（n-1）&hash得到在table中的位置，其中n为table的长度（即HashMap的容量）
3. 如果table中第一个元素的hash值等于给定的hash值并且两者的键引用指向同一个地址或者两者的键值equal相等，则放回第一个元素
4. 若3中的条件不满足，则在链表的下一个元素进行此条件的比较，因为java8中根据碰撞会有红黑树以及普通链表的区别，所以这里还要进行判断，是红黑树还是普通链表。直到链表的元素为null或者满足条件或者找不到。
5. 返回找到的value值或者null

public V get(Object key) {        Node<K,V> e;        return (e = getNode(hash(key), key)) == null ? null : e.value;    }final Node<K,V> getNode(int hash, Object key) {        Node<K,V>[] tab; Node<K,V> first, e; int n; K k;        if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 &&            (first = tab[(n - 1) & hash]) != null) {            if (first.hash == hash && // always check first node                ((k = first.key) == key || (key != null && key.equals(k))))                return first;            if ((e = first.next) != null) {                if (first instanceof TreeNode)                    return ((TreeNode<K,V>)first).getTreeNode(hash, key); //红黑树                do {                    if (e.hash == hash &&                        ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))                        return e;                } while ((e = e.next) != null);            }        }        return null;    }

put方法

public V put(K key, V value) {        return putVal(hash(key), key, value, false, true);    }final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent, boolean evict) { //onlyIfAbsent为true，不改变HashMap中已经存在的value值//evict为false，数组是刚开始进行构建的        Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, i;        if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)            n = (tab = resize()).length;        if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)            tab[i] = newNode(hash, key, value, null);        else {            Node<K,V> e; K k;            if (p.hash == hash &&                ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))                e = p;            else if (p instanceof TreeNode)                e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);            else {                for (int binCount = 0; ; ++binCount) {                    if ((e = p.next) == null) {                        p.next = newNode(hash, key, value, null);                        if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st                            treeifyBin(tab, hash);                        break;                    }                    if (e.hash == hash &&                        ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))                        break;                    p = e;                }            }            if (e != null) { // existing mapping for key                V oldValue = e.value;                if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)                    e.value = value;                afterNodeAccess(e);                return oldValue;            }        }        ++modCount;        if (++size > threshold)            resize();        afterNodeInsertion(evict);        return null;    }

扩容resize方法

jdk8中的resize方法能够保证HashMap中原来元素在链表中的顺序，而原来的方法是将链表的顺序颠倒了
resize方法具体细节可以参考链接-美团技术

   final Node<K,V>[] resize() {        Node<K,V>[] oldTab = table;        int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length;        int oldThr = threshold;        int newCap, newThr = 0;        if (oldCap > 0) {        // 超过最大值就不再扩充了，就只好随你碰撞去吧            if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) {                threshold = Integer.MAX_VALUE;                return oldTab;            }            // 没超过最大值，就扩充为原来的2倍            else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY &&                     oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)                newThr = oldThr << 1; // double threshold        }        else if (oldThr > 0) // initial capacity was placed in threshold            newCap = oldThr;        else {               // zero initial threshold signifies using defaults            newCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY;            newThr = (int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY);        }        if (newThr == 0) {            float ft = (float)newCap * loadFactor;            newThr = (newCap < MAXIMUM_CAPACITY && ft < (float)MAXIMUM_CAPACITY ?                      (int)ft : Integer.MAX_VALUE);        } //运算符优先级 ‘<’>‘&&’>三目运算符        threshold = newThr;        @SuppressWarnings({"rawtypes","unchecked"})            Node<K,V>[] newTab = (Node<K,V>[])new Node[newCap];        table = newTab;        // 把每个bucket都移动到新的buckets中        if (oldTab != null) {            for (int j = 0; j < oldCap; ++j) {                Node<K,V> e;                if ((e = oldTab[j]) != null) {                    oldTab[j] = null;                    if (e.next == null)                        newTab[e.hash & (newCap - 1)] = e;                    else if (e instanceof TreeNode)                        ((TreeNode<K,V>)e).split(this, newTab, j, oldCap);                    else { // preserve order                        Node<K,V> loHead = null, loTail = null;                        Node<K,V> hiHead = null, hiTail = null;                        Node<K,V> next;                        do { //jdk中优化后的方法，跟以前的resize方法是有区别的                            next = e.next;                            // 原索引                            if ((e.hash & oldCap) == 0) {                                if (loTail == null)                                    loHead = e;                                else                                    loTail.next = e;                                loTail = e;                            }                            // 原索引+oldCap                            else {                                if (hiTail == null)                                    hiHead = e;                                else                                    hiTail.next = e;                                hiTail = e;                            }                        } while ((e = next) != null);                        if (loTail != null) {                            loTail.next = null;                            newTab[j] = loHead;                        }                        if (hiTail != null) {                            hiTail.next = null;                            newTab[j + oldCap] = hiHead;                        }                    }                }            }        }        return newTab;    }

参考资料

美团技术