Java java.util.HashMap实现原理源码分析

一、HashMap源码概览

I.  可以结合JDK源码包了解java.util.HashMap实现原理

II.  继承抽象类java.util.AbstractMap，实现了三个接口，分别是：java.util.Map、java.lang.Cloneble、 java.io.Serializable 

III. 主要的成员变量

主要成员变量

编号	变量代码	变量注释
1	static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 16;	默认的初始化容量大小为16，可以通过HashMap(int initialCapacity)  或者HashMap(int initialCapacity,float loadFactor)这两个构造函数来改变此容量大小，但是实际的容量值可能与你设定的值不同（具体操作见下面解释）
2	static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;	最大的容量值，1左移30位，即2³⁰
3	static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;	默认的加载因子（作用见下面解释）
4	transient Entry[] table;	Entry数组, HashMap内部存储实际就是Entry对象数组（Entry详细解释见下面解释，关键字transient的作用见我另一博客说明, 点击打开链接 ). 此数组如果需要的话，大小可以被重置，但是其长度要一直是2的幂次方
5	transient int size;	此Map的大小（即k-v映射的长度）
6	int threshold;	Map准备扩容的临界阀值（临界阀值的计算方法见下面的解释），即在Map在使用过程中，如果发现Map使用量（即keys大小）已经超过此阀值，则会调用resize()方法进行重置大小（会进行再哈希，将旧数据交换到扩容后的Map容器中，详细步骤见下面解释）
7	final float loadFactor;	加载因子，默认值为此表格中编号3的变量对应的值，即0.75，可以通过构造HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) 来改变此值
8	transient volatile int modCount;

VI.构造方法

i. 默认总共有四个构造函数，归根到底可以总结只有一个构造，下面将逐一介绍

ii. 构造一：HashMap(int initialCapacity,float loadFactor)，源码以及分析如下：

    /**
     * 通过给定的容量值和加载因子来构造一个空的 HashMap
     * 但是指定的这两个参数值的范围是有要求的，具体看下面代码段的分析
     *
     * @param  initialCapacity 给定的初始化容量
     * @param  loadFactor      给定的负载因子
     * @throws IllegalArgumentException 如果给定的初始化的容量是负数或者给定的负载因子不是正数
     *         
     */
    public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {
    	// 如果给定的初始化容量参数是负数，则会抛出参数不合法的具体异常信息
        if (initialCapacity < 0)
            throw new IllegalArgumentException("Illegal initial capacity: " +
                                               initialCapacity);
       
        /*
         * 如果给定的初始化容量大于默认的最大容量值（MAXIMUM_CAPACITY常量见上表格III的编号2变量），
         * 则实际容量给默认的最大容量值
         */
        if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY)
            initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY;
        
        // 如果负载因子不是正数，则会抛出参数不合法的具体异常信息
        if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor))
            throw new IllegalArgumentException("Illegal load factor: " +
                                               loadFactor);

		/*
		 * 计算实际容量 
		 * 1.容量值大小要求是2的幂次方.
		 * 2.所以要找一个数字是2的幂次方，且大于等于给定的容量值，则实际的容量可能会跟你设定的容量值不一样
		 * 3.理解：则譬如你给定的容量值是14，则实际容量值是 2⁴=16， 如果你给定的容量值是16, 则实际容量值也是 2⁴=16
		 * */
        
        int capacity = 1;
        while (capacity < initialCapacity)
            capacity <<= 1;


        this.loadFactor = loadFactor;
        
		/*
		 * 1.准备扩容的临界阀值计算：实际的容量与负载因子的乘积. 
		 * 2.理解：譬如你设置实际容量是16，负载因子是0.75，则当HashMap的使用量大小达到16*0.75=12时，
		 *        则需要调用resize()方法进行扩容，扩容的详细过程见下面解释
		 */  
        threshold = (int)(capacity * loadFactor);
        
        // 初始化Map Entry元素数组
        table = new Entry[capacity];
        init();
    }

iii.构造二：HashMap(int initialCapacity)，源码以及分析如下：

    /**
     * 通过给定的容量值和默认的负载因子（0.75）来构造一个空的 HashMap
     *
     * @param  initialCapacity 给定的初始容量值
     * @throws IllegalArgumentException 如果给定的初始化的容量是负数
     */
    public HashMap(int initialCapacity) {
    	/*
    	 * 可以看出这个构造函数只是指定了初始的容量值，
    	 * 其实调用的是构造一HashMap(int initialCapacity,float loadFactor)这个构造函数，
    	 * 只是负载因子用了默认的0.75（默认的负载因子常量DEFAULT_LOAD_FACTOR）
    	 */
        this(initialCapacity, DEFAULT_LOAD_FACTOR);
    }

vi. 构造三：HashMap()，源码以及分析如下：

    /**
     * 通过默认的初始化容量值（16）以及默认的负载因子（0.75）来构造一个空的 HashMap
     */
    public HashMap() {
    	// 默认的负载因子常量
        this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR;
        // 通过默认的初始容量以及默认的负载因子来计算出默认的负载阀值（16 * 0.75 = 12）
        threshold = (int)(DEFAULT_INITIAL_CAPACITY * DEFAULT_LOAD_FACTOR);
        // 默认的初始容量值
        table = new Entry[DEFAULT_INITIAL_CAPACITY];
        init();
    }

v. 构造四：HashMap(Mapextends K, ?extends V> m)，源码以及分析如下：

    /**
     * 
     * 在给定的Map m基础上来构造一个新的HashMap，其中给定的Map m的映射数据会被拷贝到新的HashMap中。
     * 新构造的HashMap负载因子使用的是默认的0.75，并且其容量值会根据给定的Map m的大小来重新计算容量，
     * 保证新的HashMap容量充足，具体的计算方法参考下面注释
     *
     * @param   m 给定的基础Map，数据会被映射到新的HashMap上
     * @throws  NullPointerException 如果给定的Map是null，则会抛出空指针异常
     */
    public HashMap(Map m) {
    	/*
    	 *1.可以看出对HashMap的初始化构造还是调用上面的构造一HashMap(int initialCapacity,float loadFactor)
    	 *这个构造函数，从而对新建的HashMap进行初始化. 
    	 *2.首先是根据指定的Map m的大小来重新计算容量，可以看出新创建的的HashMap的容量大小是取
    	 *	max(m的大小/默认的负载因子(0.75)的商, 默认的初始容量16) 的值作为初始化容量
    	 *3.负载因子使用是默认的0.75
    	 *
    	 */
        this(Math.max((int) (m.size() / DEFAULT_LOAD_FACTOR) + 1,
                      DEFAULT_INITIAL_CAPACITY), DEFAULT_LOAD_FACTOR);
        //将给定的Map m的数据拷贝到新创建的HashMap中
        putAllForCreate(m);
    }

vi. 总结：可以看出上述的构造方法，其实归根到底可以总结为，在创建HashMap时，需要两个基本的要素：给定合理的容量、给定合理的负载因子.

二、 HashMap实现具体原理分析

   I. 内部存储如图：

II. 根据源码以及上图可以分析下述结论

  i. HashMap 内部是以可扩容的数组（Entry[] table）形式来存数数据，每个数组元素是Entry的数据结构为单元的链表

        ii. 每个Entry 都要具备基本四个属性：hash值，key值，value值，其在数组中下标位置index，如图

   iii. put的流程，即添加时，HashMap内部的工作流程图如下：