来自我的博客
正文之前
虽然平时也都有用到 HashMap（JDK 1.8），但一直都是处于只会用的状态，一直不知道操作是如何实现的，以及扩容的方式等等，刚好在周末的空闲时间，来学习一下它的源码，一篇肯定说不完，这一篇就先做个介绍吧：
- 基本概念
- 容量
- 基本结构
- 成员变量
- 构造器
- 插入和查找
- 总结
正文
1. 基本概念
在 HashMap 一开始的一段注释中，已经对这个类解释的很清楚了：
- 提供所有的 map 操作
- 可以有空的 key-value 对
- 与 Hashtable 大致相同（除了非线程安全和允许空值）
- 元素顺序不保证
- 如果元素散列得当，get 和 put 操作的时间是固定的
- 性能受初始容量和负载系数的影响
- 当前容量 * 负载系数 < 元素数量时，就扩容
- 负载系数默认为 0.75，这是时间消耗和空间消耗的一个折衷点
- 非线程安全，如有需要，用
Collections.synchronizedMap包装
2. 容量
关于容量，源码中的注释说到了一定要为 2 的幂次，这样有利于解决哈希碰撞（实现均匀分布），在文末会有关于为什么的链接：
//默认的初始化容量
static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; // aka 16
//最大容量
static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;
//默认负载系数
static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;
在链表和红黑树之间转化时，有这么两个参数：
//超过 8 时进化为红黑树
static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8;
//小于 6 时退化为链表
static final int UNTREEIFY_THRESHOLD = 6;
3. 基本结构
在普通桶中使用的单链表的基本结构，存储哈希值，键值对以及下一个节点的引用：
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; }
//节点的哈希值为 key 的哈希值异或 value 的哈希值
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;
}
}
4. 成员变量
HashMap 中有几个成员变量，在下文中会用到，这里就不解释，下面的方法中会有说明：
//table 的大小是要为 2 的幂次，在初次使用时才初始化（延迟加载）
transient Node<K,V>[] table;
transient Set<Map.Entry<K,V>> entrySet;
transient int size;
transient int modCount;
int threshold;
final float loadFactor;
5. 构造器
//自定义容量以及负载系数的初始化
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);
this.loadFactor = loadFactor;
this.threshold = tableSizeFor(initialCapacity);
}
//自定义容量
public HashMap(int initialCapacity) {
this(initialCapacity, DEFAULT_LOAD_FACTOR);
}
//默认容量 16 以及负载系数 0.75
public HashMap() {
this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR; // all other fields defaulted
}
//复制一个 Map
public HashMap(Map<? extends K, ? extends V> m) {
this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR;
putMapEntries(m, false);
}
tableSizeFor() 这个方法单独拎出来说一下：
前面说到 table 的值要是 2 的幂次，如果输入的数字不符合要求呢？那就找到比这个数大的最小的2次幂，接下来给出源码，并用数字 9 举个例子：
/**
* Returns a power of two size for the given target capacity.
*/
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;
}
6. 插入和查找
插入操作，代码中有分为单链表和红黑树两种情况：
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) {
Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, i;
//若 table 还未分配空间，就初始化
if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
n = (tab = resize()).length;
//将节点散列至相应位置
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;
//插入至红黑树
else if (p instanceof TreeNode)
e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
else {
for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
//插入至链表
if ((e = p.next) == null) {
p.next = newNode(hash, key, value, null);
//转化为红黑树
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;
}
}
//已经存在对应的值，就更新
if (e != null) { // existing mapping for key
V oldValue = e.value;
if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
e.value = value;
afterNodeAccess(e);
return oldValue;
}
}
++modCount;
//扩容
if (++size > threshold)
resize();
afterNodeInsertion(evict);
return null;
}
查找操作：
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) {
//总是先检查根节点
if (first.hash == hash && // always check first node
((k = first.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
return first;
if ((e = first.next) != null) {
//在红黑树中查找
if (first instanceof TreeNode)
return ((TreeNode<K,V>)first).getTreeNode(hash, key);
do {
//在链表中查找
if (e.hash == hash &&
((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
return e;
} while ((e = e.next) != null);
}
}
return null;
}
7. 总结
其实这一篇只能算是科普文，因为最重点的扩容、红黑树的转化等操作都还没说，接下来的文章将会全面说明这些重点内容
参考资料：
容量为什么是 2 的幂次：https://blog.csdn.net/qq_36523667/article/details/79657400
