Java源码分析—

HashMap使用一个的数组来保存不同散列值的key以及相应的value。在jkd1.8中，对于相同hashcode形成的bucket，不再按照唯一的链表存储，而是根据bucket的大小，超过一定限制之后将链表转换为红黑树来存储Map.Entry。这样，HashMap的内部数据结构就是数组+链表+红黑树。

*jkd源码的版本为1.8.0_05

类的结构：

public class HashMap extends AbstractMap implements Map, Cloneable, Serializable

一个不明白的地方：AbstractMap已经实现了Map接口，为什么HashMap还要继承AvstractMap之后实现Map。

构造函数

HashMap的构造函数有多种重载的方式，这里只详细说明最重要，最复杂的一种：

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);
}
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;
}

这里有一个tableSizeFor()方法，就是取大于cap的最小2的整数幂。实现思路是由"1....."计算得到"1111111+1"。使用将第一位不断的向后移，然后做“或”运算的方法。Doug Lea大神脑路之奇特，让人佩服。

成员字段

//HashMap的默认初始容量
static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; // aka 16
//HashMap的最大容量
static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;
//默认负载系数
static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;
//一个bucket的节点数大于这个数字的时候，使用红黑树来存储
static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8;
//一个bucket的节点数小于这个数字的时候，使用链表来存储
static final int UNTREEIFY_THRESHOLD = 6;
//红黑树的最小容量
static final int MIN_TREEIFY_CAPACITY = 64;
//用来散列的数组
transient Node[] table;
//键值对的数量
transient int size;
//HashMap的结构修改的次数
transient int modCount;
//阈值，下一次分配容量的阈值（capacity*loadFactor）
int threshold;
//负载系数
final float loadFactor;

关键方法

计算哈希值

static final int hash(Object key) {
  int h;
  return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
}

这里有一个无符号右移，当h的值小于16位的时候，h^(h>>>16)与h是相等的。当h高于16位的时候，为了防止key的hashcode值的变化只在开头几位，末尾相同，这样导致在与cap-1做&运算的时候，发生大量的哈希冲突，所以使用一些高位来spread(这里怎么翻译？)一下低位。让其低位变得不同。为什么使用异或运算，因为异或运算非常的快。

在HashMap中增加一个键值对

大概经历了下面几个过程：

处理HashMap为空的情况
进行Hash运算，然后查看数组中相应的位置
如果是空的，说明没有Hash冲突，放在这里就好
如果有值，先判断是不是和第一个值的key相同
然后处理是红黑树的情况
最后处理数组的情况

/**
*@param onlyIfAbsent：如果是true，在有相同key的情况下，不要改变现有的value
*@param evict：如果是false，是在构造函数中调用
*/
final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,boolean evict) {
  Node[] tab; Node p; int n, i;
  //如果数组是空的，做一次扩容。
  if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
    //n是当前数组的容量
    n = (tab = resize()).length;
  //p取到当前hash散列到的节点。n是2的整数幂，(n-1)&hash做一次哈希值的截取
  if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
    //如果这个节点是空的，说明之前没有相同的哈希值，新建一个节点放在这里。
    tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
  else {
    //下面处理哈希冲突的情况
    Node e; K k;
    //如果这个bucket里的第一个节点的key与我们正在添加的key相同。（使用equals做判断，所以推荐重写equals）
    if (p.hash == hash &&
        ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
      //e就是key相同的节点
      e = p;
    //如果这个bucket是一个红黑树
    else if (p instanceof TreeNode)
      //用红黑树的方式添加一个节点
      e = ((TreeNode)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
    else {
      //还剩下的情况就是链表了，遍历这个链表。
      for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
        //到了链表的结尾，说明没有key相同的，需要在这里插入一个节点。
        if ((e = p.next) == null) {
          p.next = newNode(hash, key, value, null);
          //如果当前bucket的数量超过的查找树阈值，转换为查找树的方式，然后跳出。
          if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st
            treeifyBin(tab, hash);
          break;
        }
        //如果查找到了相同的key，也跳出。已经把e的信息保存下来了。
        if (e.hash == hash &&
            ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
          break;
        p = e;
      }
    }
    //现在说明已经存在了相同的key，要进行value的替换
    if (e != null) { // existing mapping for key
      V oldValue = e.value;
      if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
        e.value = value;
      //这里的afterNodeAccess应该是钩子方法，方便LinkedHashMap继承HashMap的时候可以调用，起到子类影响父类的效果。
      afterNodeAccess(e);
      return oldValue;
    }
  }
  ++modCount;
  //如果容量超过阈值，进行扩容
  if (++size > threshold)
    resize();
  afterNodeInsertion(evict);
  return null;
}

扩容

所谓扩容，就是当键值对的数量超过阈值的时候，让当前数组的的容量扩大为当前的两倍，然后进行一次hash再散列的过程。

一次hashMap重新散列的过程.png

final Node[] resize() {
  Node[] oldTab = table;
  int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length;
  int oldThr = threshold;
  int newCap, newThr = 0;
  if (oldCap > 0) {
    if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) {
      threshold = Integer.MAX_VALUE;
      return oldTab;
    }
    //因为数组的容量总是2的整数幂，所以可以使用左移一位的方式达到乘以二的效果，效率更优。
    else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY &&
             oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)
      newThr = oldThr << 1; // double threshold
  }
  //这里处理的情况是旧的容量是0，但是阈值不为零。那么就扩容到阈值。
  else if (oldThr > 0) // initial capacity was placed in threshold
    newCap = oldThr;
  //容量是0，阈值也是0，全部使用默认的值。
  else {               // zero initial threshold signifies using defaults
    newCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY;
    newThr = (int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY);
  }
  //按照上面的逻辑，这里处理的是oldCap==0,oldThr>0的情况，不太理解这里。
  if (newThr == 0) {
    float ft = (float)newCap * loadFactor;
    newThr = (newCap < MAXIMUM_CAPACITY && ft < (float)MAXIMUM_CAPACITY ?
              (int)ft : Integer.MAX_VALUE);
  }
  threshold = newThr;
  //新建一个新的数组，完成容量扩大成为之前二倍的操作。
  @SuppressWarnings({"rawtypes","unchecked"})
  Node[] newTab = (Node[])new Node[newCap];
  table = newTab;
  //下面进行把老的数组里面的值放到新的数组里
  if (oldTab != null) {
    for (int j = 0; j < oldCap; ++j) {
      Node e;
      if ((e = oldTab[j]) != null) {
        oldTab[j] = null;
        //如果老的数组里，bucket只有一个节点，那么进行重新散列，放到新的位置。
        if (e.next == null)
          newTab[e.hash & (newCap - 1)] = e;
        //如果是一颗红黑树，使用TreeNode中的slit方法，将这棵树分成两个小树。
        else if (e instanceof TreeNode)
          ((TreeNode)e).split(this, newTab, j, oldCap);
        //下面处理将一个链表分成两个链表。
        else { // preserve order
          Node loHead = null, loTail = null;
          Node hiHead = null, hiTail = null;
          Node next;
          do {
            next = e.next;
            //oldCap应该是二进制“100000……”的形式，那么做&运算之后，刚好可以得到扩容之后哈希值多出来的那一位。我们根据多出来的那一位是1还是0，选择是放在原来的bucket上，还是放在新的bucket上。
            if ((e.hash & oldCap) == 0) {
              if (loTail == null)
                loHead = e;
              else
                loTail.next = e;
              loTail = e;
            }
            else {
              if (hiTail == null)
                hiHead = e;
              else
                hiTail.next = e;
              hiTail = e;
            }
          } while ((e = next) != null);
          //把两个链表头放在数组里对应的位置，“低位”放在原处，“高位”放在原处+老容量值
          if (loTail != null) {
            loTail.next = null;
            newTab[j] = loHead;
          }
          if (hiTail != null) {
            hiTail.next = null;
            newTab[j + oldCap] = hiHead;
          }
        }
      }
    }
  }
  return newTab;
}

Java源码分析——HashMap