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文笔不是很好，如果对于HashMap没有一个大致的了解，最好不要看
目录
HashMap的几个基本概念
HashMap的成员变量
HashMap的构造方法
HashMap的几个基础方法
HashMap的get()方法
HashMap的put()方法
HashMap的resize()方法
HashMap的remove()方法
HashMap的几个基本概念
桶(bucked)：存放同一个hash地址的
table[]：即存放桶的数组
容量(capacity)：即table.length
loadfactor：负载因子,权衡hash冲突情况
HashMap的成员变量
首先看HashMap定义的几个常量
//默认容器大小
static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; // aka 16
//最大容器大小
static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;
//默认负载因子
static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;
//需要转换为红黑树的链表长度阈值
static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8;
//转换为链表的阈值
static final int UNTREEIFY_THRESHOLD = 6;
//需要转换为红黑树的容器容量阈值
static final int MIN_TREEIFY_CAPACITY = 64;
这里需要注意到的几个细节:
- TREEIFY_THRESHOLD:jdk1.8以后，如果长度超过这个阈值，则一个桶内的node由链表转为红黑树
- UNTREEIFY_THRESHOLD:当红黑树长度小于这个阈值，就会再退化成链表
- 只有capacity>=MIN_TREEIFY_CAPACITY时，才需要将链表转换为红黑树，否则只需要resize()
这里第三点补充一下：现在HashMap源码解读，关于链表转换为红黑树这一块普遍都有误导性，大部分资料都是说当链表长度到达8时，桶结构从链表转换为红黑树，其实这是不严谨的，还需要当前容量capacity>=MIN_TREEIFY_CAPACITY(即桶数量>=64)这个条件,否则进行扩容而不是转换红黑树,关键源码在下面
if (tab == null || (n = tab.length) < MIN_TREEIFY_CAPACITY)
resize();
这是有道理的，读者也不妨思考一下，如果当capacity的容量只有16的时候，hash严重冲突链表长度到达8，除了hash不均匀之外，也有可能是容量太小，导致冲突严重，这时候对table进行扩容,再对元素均匀散列才是最有效的办法。
再提一点，链表转为红黑树这个事件发生的概率有多大呢，我们捋一下几个条件:
- capacity>=MIN_TREEIFY_CAPACITY
- 链表长度>=TREEIFY_THRESHOLD
但HashMap还有一个loadfactor参数，就拿默认值0.75举例，假设桶已经有64个了，那么当节点到达48个的时候就会扩容，平均分的话，一个桶还不够分一个节点，一旦扩容，又重新对半进行散列，因此需要满足全部以上条件的话，那是非常小的小概率事件。
那么这个算法还有意义吗?
有意义的，除了应对这个随机发生的小概率事件，还需要应对人为刻意的制造hash冲突,如果在服务器环境中，如果得到你的hash计算方法，那么有可能针对hash方法进行hashdos攻击，web服务器会有一个HashMap保存提交的参数，如果不对参数数量进行限制的话，那么一次性提交大量hash冲突的参数，那么光一次get()方法就能拖垮服务器的吞吐量,使用红黑树，至少能保证了get方法的效率，但是要解决hashdos还是要以预防为主。
继续看HashMap的实例变量
//hash表，每个Node就是一个桶的头节点
transient java.util.HashMap.Node[] table;
//用来返回迭代器
transient Set> entrySet;
//数量
transient int size;
//记录修改次数
transient int modCount;
//扩容的阈值，等于loadFactor*capacity
int threshold;
//负载因子
final float loadFactor;
这里需要注意到的细节:
- modCount有什么作用:是为了HashMap的迭代器能够记录map有没有被修改过，在多线程情况，如果迭代器迭代时发现modCount变化了，则说明当前这份数据已经无效了，就会抛出一个ConcurrentModificationException异常
- threshold就是size的一个阈值，当size到达threshold时，就需要扩容,threshold等于loadFactor*capacity
- 为什么table都要加上transient不允许序列化?是因为HashCode()的方法是基于平台的，不同平台的同一个对象可能会得到不同的HashCode,因此不允许table进行序列化
- 没有capacity变量，capacity=table.length
HashMap的构造方法
查看HashMap的源码，可以看到HashMap有四种构造器
//1.设定容器大小和负载因子
public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {
if (initialCapacity < 0)
throw new IllegalArgumentException("Illegal initial capacity: " +
initialCapacity);
//最大不能超过MAXIMUM_CAPACITY
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);
}
//2.设定容器大小
public HashMap(int initialCapacity) {
this(initialCapacity, DEFAULT_LOAD_FACTOR);
}
//3.默认方法，使用默认参数
public HashMap() {
this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR;
}
//4.使用默认构造器，同时将m填充到这个hashMap
public HashMap(Map m) {
this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR;
putMapEntries(m, false);
}
这里关注一下第一个构造方法的细节:
this.threshold = tableSizeFor(initialCapacity);
当给定了初始容量参数之后，就会调用tableSizeFor()方法，返回一个大于initialCapacity的最小2的幂次方,以符合HashMap的Capacity必须为2的幂次方的要求(为什么这么要求，后面会提到),这里tableSizeFor()的返回值，即表示最后容器的初始化值，而这里的threshold就不等于负载因子*容器，而表示的是初始容量
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;
}
这个是tableSizeFor()方法，用了一次很巧妙的方法得到cap最小2的幂次方,有兴趣的可以看一下这个博客
同时threshold在初始化时等于0或者等于初始化的容量,在第一次resize()的时候才会变成负载因子*容器
HashMap的几个基础方法
hash()方法
是==HashMap==中用来计算Key的hash值的唯一方法
static final int hash(Object key) {
int h;
return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
}
这里为什么不直接用对象的hashCode,而需要右移十六位进行异或，简单来说，是让hashCode高16位和第16位进行异或，增加hashCode的随机性，这里具体不提了，有兴趣的可以看HashMap 的 hash 方法原理是什么
同时我们需要注意到，这里的key是允许为null,当key为null时，默认hash值为0，后面可以看到，即key为null的对象，都保存到table[0]桶下面
treeifyBin()方法
当一个桶中的链表长度>TREEIFY_THRESHOLD时要执行的方法，执行结果有两种
- 将链表转换为红黑树
- 执行一次rezise()
取决于capacity是否>=MIN_TREEIFY_CAPACITY
final void treeifyBin(Node[] tab, int hash) {
int n, index; Node e;
if (tab == null || (n = tab.length) < MIN_TREEIFY_CAPACITY)
resize();
else if ((e = tab[index = (n - 1) & hash]) != null) {
TreeNode hd = null, tl = null;
do {
TreeNode p = replacementTreeNode(e, null);
if (tl == null)
hd = p;
else {
p.prev = tl;
tl.next = p;
}
tl = p;
} while ((e = e.next) != null);
if ((tab[index] = hd) != null)
hd.treeify(tab);
}
}
HashMap的get()方法
接下来是HashMap的第一个重点方法，get()方法
在看源码之前，我们可以先设想，如果我们是编写代码的人，我们会怎么写get()方法:
- 首先获取到Key的Hash值
- 根据Hash定位到table的桶位置
- 对桶内元素进行遍历，比较对象是否存在
- 如果存在则返回对象
之后我来看get()方法的源码,可以看到可以访问的公有的方法.是先对key进行hash之后调用一个getNode()方法,这个方法是包访问权限
public V get(Object key) {
java.util.HashMap.Node e;
return (e = getNode(hash(key), key)) == null ? null : e.value;
}
继续看getNode()方法
final java.util.HashMap.Node getNode(int hash, Object key) {
//tab为hash表,first为hash桶的头指针,n为表的长度,k为用来遍历链表的指针
java.util.HashMap.Node[] tab; java.util.HashMap.Node first, e; int n; K k;
// 第一步：获取表的长度n,获取到hash桶的头指针first
if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 &&
//这里用n-1和hash值进行hash,之后讲解为什么要这样
(first = tab[(n - 1) & hash]) != null) {
// 第二步：检查hash桶的头指针是否和要找的对象key相等
if (first.hash == hash &&
((k = first.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
return first;
// 第三步：遍历桶进行查找
if ((e = first.next) != null) {
// 判断如果是红黑树的结构，则用TreeNode的静态方法递归查找
if (first instanceof java.util.HashMap.TreeNode)
return ((java.util.HashMap.TreeNode)first).getTreeNode(hash, key);
// 否则使用链表进行遍历查找
do {
if (e.hash == hash &&
((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
return e;
} while ((e = e.next) != null);
}
}
// 如果都没有找到，则返回null
return null;
}
这里已经把各个步骤都详细的写了注释，这里有一个细节就是桶的下标tab[(n - 1) & hash]为什么是通过(n - 1) & hash进行定位?
hashmap要求容量是2的幂次方
/**
* The default initial capacity - MUST be a power of two.
*/
而n是hashmap的容量
假设这里有一个key:使用hash()方法得到的hash值为16位:
1111111111110101
换为十进制就是65535
hashmap的n为:
2<<4
换为十进制就是16
意味着最大的能定位到的下标也只是16-1=15
如果直接用hash值就数组越界了
因此我们需要对hash对n进行取余
n-1 = 15
换位二进制就是1111
hash & (n - 1)即:
1111111111110101
& 0000000000001111
= 0000000000000101
最后取到(n-1)位0101
用hash & (n - 1)进行取余效率更快，同时也解释了为什么hashmap要求容量是2的幂次方
HashMap的put()方法
在HashMap的put()方法之前，我们也可以先思考put需要考虑什么问题
我们直到hashMap是基于数组实现
- 如果hash到同一个位置，hash冲突了怎么办
- 如果hash冲突严重，在一个桶内有上万个节点怎么办
接下来看put方法的源码
//onlyIfAbsent代表key相同时，是否要替换值
public V put(K key, V value) {
return putVal(hash(key), key, value, false, true);
}
这里同样调用到一个包访问方法puVal()
//onlyIfAbsent表示当key重复需不需要用新值替换旧值
final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,
boolean evict) {
//tab为table,p为临时指针,n为table的长度,i为hash到的桶
java.util.HashMap.Node[] tab; java.util.HashMap.Node p; int n, i;
// 如果table没有初始化，则用resize()方法初始化,resize()在后面提到
if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
n = (tab = resize()).length;
//如果hash到的桶不存在，则作为头指针插入
if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
else {
java.util.HashMap.Node e; K k;
//hash到的值相等
if (p.hash == hash &&
//判断是否是同一个对象，或者相等(例如String)
((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
e = p;
//如果是树节点
else if (p instanceof java.util.HashMap.TreeNode)
//则用树节点的putTreeVal方法
e = ((java.util.HashMap.TreeNode)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
//如果为链表结构
else {
//使用尾插法
for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
//遍历到尾部
if ((e = p.next) == null) {
//直接链入新节点
p.next = newNode(hash, key, value, null);
//如果到达长度限制
if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st
//则转换为红黑树或进行一次resize();
treeifyBin(tab, hash);
break;
}
//如果查找到相同的值则返回
if (e.hash == hash &&
((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
break;
p = e;
}
}
//如果key已经存在,则直接返回
if (e != null) { // existing mapping for key
V oldValue = e.value;
//根据onlyIfAbsent决定是否要替换
if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
e.value = value;
afterNodeAccess(e);
//返回旧值
return oldValue;
}
}
//如果新插入的Node,就会执行一下方法
//更新操作数
++modCount;
//如果大于阙值threshold，则需要resize
if (++size > threshold)
resize();
//这时一个回调方法，当插入节点的时候执行这个方法，但是在HashMap里方法是空的，留给子类覆写
afterNodeInsertion(evict);
return null;
}
关于put()方法，上面也已经说的足够详细了,设计到一个比较重要的方法resize(),这个在下一节会继续讲到
总结
- 在jdk1.7以前，链表的插入是使用头插法，jdk1.8之后是使用的尾插法，这一点不要混淆了
- 允许插入的Key为null,hash的桶下标为0
- 允许插入的Value为null
- onlyIfAbsent参数默认为false，因此当key重复时，新value会替换掉旧的value
- 当一个桶内的元素数量超过TREEIFY_THRESHOLD,则会将当前桶由链表转换为红黑树
- 当当前容器中的节点数量size到达threashold(即负载因子*容量)时，就会进行扩容
- 每次插入节点都会更新modCount
HashMap的resize()方法
HashMap的resize()方法主要有两个作用:
- 初始化容器时，为容器创建一个默认的map
- 当插入的数据到达阈值时，进行扩容
final java.util.HashMap.Node[] resize() {
java.util.HashMap.Node[] oldTab = table;
int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length;
//旧的阈值，如果size到达threshold，则需要扩容
int oldThr = threshold;
int newCap, newThr = 0;
//如果oldCap>0，则意味着table已经初始化过了
if (oldCap > 0) {
//最大不能超过MAXIMUM_CAPACITY,如果到达MAXIMUM_CAPACITY,threshold不作限制
if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) {
threshold = Integer.MAX_VALUE;
return oldTab;
}
//进行两倍扩容
else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY &&
oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)
newThr = oldThr << 1; // double threshold
}
//如果oldCap==0,oldThr>0意味着table还未初始化，同时是调用的有初始化容量的构造器，有给定的初始容量
else if (oldThr > 0)
//则新容量=oldThr
newCap = oldThr;
//如果oldCap==0,oldThr==0意味着table还未初始化，同时调用的是默认的构造器
else {
//则新容量为默认值
newCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY;
//newThr等于负载因子*容量大小
newThr = (int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY);
}
//对threshold赋值
if (newThr == 0) {
//等于负载因子*容量大小
float ft = (float)newCap * loadFactor;
newThr = (newCap < MAXIMUM_CAPACITY && ft < (float)MAXIMUM_CAPACITY ?
(int)ft : Integer.MAX_VALUE);
}
threshold = newThr;
//下面是需要把旧的table的数据全部再hash到新的table
@SuppressWarnings({"rawtypes","unchecked"})
java.util.HashMap.Node[] newTab = (java.util.HashMap.Node[])new java.util.HashMap.Node[newCap];
table = newTab;
if (oldTab != null) {
//对table每个桶进行遍历
for (int j = 0; j < oldCap; ++j) {
java.util.HashMap.Node e;
if ((e = oldTab[j]) != null) {
oldTab[j] = null;
//如果是桶的头指针，则直接再hash到新的桶
if (e.next == null)
newTab[e.hash & (newCap - 1)] = e;
//如果是树节点，则进行切分,切分成两棵子树，或者退化成两个链表
else if (e instanceof java.util.HashMap.TreeNode)
((java.util.HashMap.TreeNode)e).split(this, newTab, j, oldCap);
//如果是链表，则拆分成两个新链表
else {
//分为高位链表和低位链表
java.util.HashMap.Node loHead = null, loTail = null;
java.util.HashMap.Node hiHead = null, hiTail = null;
java.util.HashMap.Node next;
do {
next = e.next;
//和旧容器长度进行hash如果等于0则说明 hash0则说明 hash>oldCap,链接到高位链表
else {
if (hiTail == null)
hiHead = e;
else
hiTail.next = e;
hiTail = e;
}
} while ((e = next) != null);
//最后将高位低位链表放回到新的table
if (loTail != null) {
loTail.next = null;
newTab[j] = loHead;
}
if (hiTail != null) {
hiTail.next = null;
newTab[j + oldCap] = hiHead;
}
}
}
}
}
return newTab;
}
扩容总结为三步骤
- 获得新容量newCap,更新域里面的threshold
- 创建一个新table,长度为newCap
- 将旧的table里面的Node，拷贝到新容器(桶的Key的hash值不需要重新计算，只需要计算hash在新table的高位还是低位)
HashMap的remove()方法
remove()方法比较简单
public V remove(Object key) {
java.util.HashMap.Node e;
return (e = removeNode(hash(key), key, null, false, true)) == null ?
null : e.value;
}
//matchValue表示只有value相等的时候删除
final java.util.HashMap.Node removeNode(int hash, Object key, Object value,
boolean matchValue, boolean movable) {
java.util.HashMap.Node[] tab; java.util.HashMap.Node p; int n, index;
if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 &&
(p = tab[index = (n - 1) & hash]) != null) {
java.util.HashMap.Node node = null, e; K k; V v;
//如果是桶的头指针
if (p.hash == hash &&
((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
node = p;
else if ((e = p.next) != null) {
//判断是否是红黑树
if (p instanceof java.util.HashMap.TreeNode)
//获得红黑树的节点
node = ((java.util.HashMap.TreeNode)p).getTreeNode(hash, key);
//否则递归获得链表节点
else {
do {
if (e.hash == hash &&
((k = e.key) == key ||
(key != null && key.equals(k)))) {
node = e;
break;
}
p = e;
} while ((e = e.next) != null);
}
}
//如果matchValue为true就需要判断，两个对象时候相等，或者是否equals
if (node != null && (!matchValue || (v = node.value) == value ||
(value != null && value.equals(v)))) {
//如果是红黑树节点
if (node instanceof java.util.HashMap.TreeNode)
((java.util.HashMap.TreeNode)node).removeTreeNode(this, tab, movable);
//如果是链表且是链表的头节点
else if (node == p)
tab[index] = node.next;
//如果是链表的中间节点
else
p.next = node.next;
//操作数+1
++modCount;
//size-1
--size;
//回调函数，目前实现为空
afterNodeRemoval(node);
return node;
}
}
return null;
}
最后
这里没有涉及红黑树的算法部分
如果有写的不正确的地方，欢迎提出来，如果有不理解的地方，也可以提出来