jdk-HashMap

HashMap是我有意识去研究jdk源码时看的第一个。印象很深刻，当我看过源码之后，突然发现自己对之前很多东西理解突然透彻了，有此感叹。

笔者有幸也参与过公司的几次面试(跟着打酱油而已)，有时候也有自己提问的时候，很多时候都是问关于HashMap的问题，并发现，其实很多面试者对这方面了解的并不好，基本80%都是在用，但是对于它的机制和处理过程确知之甚少。所以笔者也很纳闷，至少很大一部分人都没有关注过HashMap的源码，也是令人不解，这个集合应该是Java中用的最多的了。

废话不多说了。

首先要知道HashMap它的底层是个什么东西，其实看过源码之后，一句话就能概括。 16位的数组(这边的16位是初始化时候这个数组的大小)+ 链表(链表其实是去解决hash冲突)，所谓的链表法就是这个。 HashMap采用的是链表法解决hash冲突。其实很多面试题都会问到，我也问过很多次，很少有人回答的出。再次记录一下。(这边更新一下，偶然看见一篇文章说java8的hashmap底层结构改变了，笔者写的时候还没用上java8，所以暂时不去管这个了。)

网络盗图一张，很多人博客里面有这张图，这张图其实很明显就能看出它的结构........

上图就是HashMap中的散列表,也叫做哈希表。为什么是数组+链表的形式呢？数组的优点就是 查询快，增删慢。 而链表的特点就是查询慢，增删快，两者一结合，就是哈希表了。-----------------------------------------

我们知道hashmap是通过<key,value>的形式来存储键值对。那么左边的数组记录的就是key的存放地址，暂时可以这么理解，其实hashmap中需要对key先做hash，然后对hash值与数组大小进行取模运算，才能得到最终的存放地址，也就是 hash(key)%len，得到的这个值就是数组中的存放地址。

那么可以预见的是，在基数很大时，会出现，某两个key值的进行了hash之后的存放地址一样了，例如 两个key,key1 和key2, 对它们进行 hash之后发现，它们的值都是上图中的12，那么此时就出现了所谓的hash冲突了，这块地方其实也是面试常见之处，解释什么是hash冲突。其实很简单。看过就知道。那么此时hashmap就会用链表法去存储相应的记录，此处在下面会分析是如何存储的。

-------------------------分割线---------------------------------

以上大致说下hashmap的一些概念，基本上该有的概念都涉及到，下面就是源码了，根据源码去体会，印象更深刻。。

初始化：

一般看源码都会去关注一下初始化~~~~（这个是不是废话啊），不过这是我的习惯，当前版本是jdk1.7.17

/**
     * The default initial capacity - MUST be a power of two.  //默认的初始容量 为 16，也就是 数组长度为16
     */
    static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 16;


    /**
     * The maximum capacity, used if a higher value is implicitly specified
     * by either of the constructors with arguments.
     * MUST be a power of two <= 1<<30.
     */
    static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;    //笔者对<<操作其实不是很熟悉，这边其实就是2的30次方


    /**
     * The load factor used when none specified in constructor.   //默认的装载因子

     */
    static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;


    /**
     * The table, resized as necessary. Length MUST Always be a power of two.
     */
    transient Entry<K,V>[] table;

     /**
       * 需要调整大小的极限值（容量*装载因子）
       */
      int threshold;
     /**
     *装载因子,当HashMap的数据大小>=容量*加载因子时，HashMap会将容量扩容
      */
      final float loadFactor;

上面有个Entry数组的概念需要关注一下，hashmap中存放key，value就是放在这个entry里面，当然，它还记录了一个next，可以理解为单链表中的pre和next，就是指向想一个元素的地址，hash的话就是记录的当前key的hash值，其他的变量就是需要用到的一些值。暂时我也没去关注过。

 static class Entry<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
        final K key;
        V value;
        Entry<K,V> next;
        int hash;

以下就是初始化方法，传参为默认的大小 16 和 默认的加载因子 0.75f。

这边注意标红的这一段，因为默认值为16，假设穿参进来为(7,0.75f),那么 第一次 1 <<=1 为 1*2^1 =2 ,第二次为 2*2^1 = 4 ，第三次为 4*2^1=8 ，因此最终值为8，并不是你传进来的7，因为hashmap中的大小都是2的幂等性，据我了解，可能是为之后的扩容方便。所以当你传入的是(7,0.75f)时，其实最终数组的大小才8，并不是默认的16，hh。

public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {

        if (initialCapacity < 0)
            throw new IllegalArgumentException("Illegal initial capacity: " +
                                               initialCapacity);
        if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY)
            initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY;
        if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor))
            throw new IllegalArgumentException("Illegal load factor: " +
                                               loadFactor);
        int capacity = 1;
        //设置capacity为大于initialCapacity且是2的幂的最小值
        while (capacity < initialCapacity)
            capacity <<= 1;
        this.loadFactor = loadFactor;
        threshold = (int)(capacity * loadFactor);
        table = new Entry[capacity];
        init();
    }

接下来就是put方法，还是费点心截图上传吧，直接截取代码省事，但是看起来太累。 

首先就是 key 为null时，hashmap是允许null值的，所以先看看它是怎么处理null值的。 调用了 putForNullKey ,发现并没有传key值进去，只是传了value，难不成是放在一个特定的位置上了？不猜测，接下去看，事实果然是如此，注意到table[0] 了？对于null key，其实就是放在table[0]处了，对于map来说的话，链表链接起来的本质上就是这个Entry对象，上面说过，它记录了一些关键信息。此处，就是遍历table[0]处的链表，找出哪一个位置上的key是null，然后直接替换，并返回旧值。put方法是有返回值的。第一看的时候发现了它竟然有返回值，平时用的时候都是直接put，put的在塞值，，，

当然，如果for循环执行不了的时候，其实就是第一次塞null 进去的时候，会执行 addEntry方法。if条件中就是 扩容的问题，扩容问题准备在下一篇继续记录，当前一篇不做解释。看createEntry方法，传入的参数值为 hash值 0，key为null,value就是value,bucketindex，桶中的位置，形象点解释，桶的概念就是那个数组。也是传入0.

首先将table[0]赋值给一个Entry，这边的作用就是将原有的table[0]处的值接到下面table[bucketindex] 的后面，这也就是链表的产生，以及它的值是如何连接起来的关键，其实也能发现，最新的值都是放在最开始的地方，也就是一个简单的单链表的头链接。最后size++，没什么好说的。

以上是null的处理，对于null的话其实本质上就是在table[0]的那一个链表中去找寻key为null的值，并替换新值。并不会到table的其他位置上去。

下面关注非null的时候，这也是绝大多数情况

首先得到一个hash值，hash方法内部实现很复杂，现阶段我也理解不了到底是怎么回事，也不知道自己什么时候能理解到。

indexFor 的作用是拿hash值和length 做按位与操作。 其实这里面有很多东西可以思考，笔者一开始的时候在想为什么需要拿hash值做indexFor，带着这个疑问我去百度了一下，本人习惯了百度(莫要鄙视啊，哈哈)。

首先我们来看 length -1 是多少。 一般来说 数组的大小为 16 那么此处就是 15，换算成二进制就是1111。在按位与操作中，1和0是0,1和1才是1。而且我们也应该注意到hashmap中有个2的幂等性的概念，它 的初始化，它的扩容，都是基于这个幂等性来的，所以就会出现一个有意思的情况。
假设hashmap本身并没有拿hash值去做indexFor，那么对于有一种数据就很特殊，就是2^n-1，也就是key值是31,63,95这个数据，换算成二进制来看，低位处都是1

31 --  11111      63 -- 111111  95 -- 1011111  ，末尾都是1，在和 1111 做按位与 操作时，结果 01111,01111,01111，那么结果都是1111，位置还是15，这就是问题所在了，会导致大量的数据存储在15的位置上。这种实现明显不好，那么就增加了hash函数在indexFor的前面。对key值先做一次hash，再做indexFor时就明显减少了hash冲突的可能性。

因此，如果两个对象的hashcode相同了，那么他们肯定就存放在一个链表上了，这边就是hash冲突的体现。

接下来再看for循环，如果当前位置上 table[i]已经存在hashcode是i的key ，value键值对，那么此时就会进入覆盖逻辑，会判断此时需要put的key,value键值对是否已经存在。

   if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) 

判断条件很关键，先判断 hash值是否相等，再判断key值是否相等，相等则覆盖，不相等则进入下面的新增流程。新增流程调用的方法和null时的新增是一样的。

接下来就是get方法。

key为null时，进入 getFroNullKey ,其实就是在table[0]中找key为null的值，不去看了。

看getEntry源码

put的时候是用hash值去做插入，那么get的时候也就用hash去找放在哪个位置上了。

get的时候其实也做 了比较，hash值和key做equals，保证当前key是同一个对象。

这边其实就可以去理解java中的一个概念，如果两个对象相等，那么它们的hashcode一定相等。如果两个hashcode值相等，那么hashcode对应的对象不一定相等。这两句话从hashmap的get和put中的判断条件就可以非常清晰的看到。针对String，Long等java这种常见的作为key的对象来说，是满足的，因为它们都实现了个字的equals和hashcode方法，但是对于自定义对象作为key的话，如果你不重写equals和hashcode方法，那么就会出错。