JDK1.7 HashMap源码详解
博客原文： https://www.yanzhaochang.top/read/29
文章参考：https://www.cnblogs.com/skywang12345/p/3310835.html
1. HashMap概述
HashMap是存储键值对内容的一个集合，继承于AbstractMap，实现了Map、Cloneable、java.io.Serializable接口，HashMap的实现不是线程同步的，即非线程安全的，key和value都是支持null的。
HashMap根据键的hashCode值获取存储位置，存储数据，大部分情况可以直接定位到它的值，访问速度快，但是其遍历的顺序确实不确定的（无序）。
2. HashMap存储结构
数组:
数组的存储区是连续的，占用内存严重，故空间复杂度很大。但数组的二分查找时间度小；
数组的特点：寻址容易，插入和删除困难。
链表：
链表的储存区离散，占用内存比较宽松，故空间复杂度很小，但时间复杂度大；
链表的特点：寻址困难，插入和删除容易。
哈希表
Jdk1.7 ： 数组+链表 Jdk1.8 数组+链表+红黑树 （寻址容易，插入和删除也容易）
结构图
3 HashMap成员概述
3.1 重要的成员变量
transient Entry[] table：是一个Entry[]数组类型，而Entry实际上是一个单向链表，哈希表中的“key-value键值对”都存储在Entry数组中，
transient int size：是HashMap的大小，是保存HashMap中保存键值对的数量
final float loadFactor：加载因子
int threshold：是HashMap的阈值，用来判断是否需要调整HashMap的容量，threshold = 容量*加载因子（最大可承受装载的容量）,达到最大threshold值时，就需要扩容
transient volatile int modCount：fail-fast机制的需要。
trasient
就是让某些被修饰的成员属性变量不被序列化
volatile
是一个类型修饰符（type specifier）。volatile的作用是作为指令关键字， 确保本条指令不会因编译器的优化而省略， 且要求每次直接读值。 volatile的变量是说这变量可能会被意想不到地改变，这样，编译器就不会去假设这个变量的值了。
final
变量不可变，被修饰后就是一个常量
Entry[] table 源码详解
static class Entry
final K key; // 成员变量
V value;
Entry
final int hash;
构造函数。 初始化操作，输入参数包括哈希值(h), 键(k), 值(v), 下一节点(n)
Entry(int h, K k, V v, Entry
value = v;
next = n;
key = k;
hash = h;
}
public final K getKey() {
return key;
}
public final V getValue() {
return value;
}
public final V setValue(V newValue) {
V oldValue = value;
value = newValue;
return oldValue;
}
判断两个Entry是否相等
先判断两个对象类型是否相等，不相同直接返回false
相同然后判断两个Entry的key和value是否相等，相同返回true 否则false
public final boolean equals(Object o) {
if (!(o instanceof Map.Entry)) //判断类型是否相同
return false;
Map.Entry e = (Map.Entry //获取key和value用于判断
Object k1 = getKey();
Object k2 = e.getKey();
if (k1 == k2 || (k1 != null && k1.equals(k2))) {
Object v1 = getValue();
Object v2 = e.getValue();
if (v1 == v2 || (v1 != null && v1.equals(v2)))
return true;
}
return false;
}
实现hashCode()
public final int hashCode() {
return (key==null ? 0 : key.hashCode()) ^(value==null ? 0 : value.hashCode());
}
public final String toString() {
return getKey() + "=" + getValue();
}
当向HashMap中添加元素时，绘调用recordAccess()，这里不做任何处理
void recordAccess(HashMap
当从HashMap中删除元素时，绘调用recordRemoval()，这里不做任何处理
void recordRemoval(HashMap
}
3.2 重要的成员方法
Object clone()
boolean containsKey(Object key)
boolean containsValue(Object value)
boolean isEmpty()
int size()
void clear()
void putAll(Map map)
V put(K key, V value)
V get(Object key)
V remove(Object key)
Collection
Set
Set
3.3 构造函数
HashMap()默认构造函数。
HashMap(int capacity) 指定“容量大小”的构造函数
HashMap(int capacity, float loadFactor) 指定“容量大小”和“加载因子”的构造函数
HashMap(Map map) 包含“子Map”的构造函数
4 HashMap成员源码详解 （大量代码袭来）注释符号多了，看着不舒服就去了，嘿嘿
package java.util;
import java.io.*;
public class HashMap
{
默认的初始容量是16，必须是2的幂。
static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 16;
最大容量（必须是2的幂且小于2的30次方，传入容量过大将被这个值替换）
static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;
默认加载因子
static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;
存储数据的Entry数组，长度是2的幂, HashMap是采用拉链法实现的，每一个Entry本质上是一个单向链表
transient Entry[] table;
HashMap的大小，它是HashMap保存的键值对的数量
transient int size;
HashMap的阈值，用于判断是否需要调整HashMap的容量（threshold = 容量*加载因子）
int threshold;
加载因子实际大小
final float loadFactor;
HashMap被改变的次数 （fail-fast机制）
transient volatile int modCount;
默认构造函数。
public HashMap() {
设置加载因子
this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR;
设置HashMap阈值，当HashMap中存储数据的数量达到threshold时，就需要将HashMap的容量加倍。
threshold = (int)(DEFAULT_INITIAL_CAPACITY * DEFAULT_LOAD_FACTOR);
创建Entry数组，用来保存数据
table = new Entry[DEFAULT_INITIAL_CAPACITY];
init();
}
指定“容量大小”的构造函数
public HashMap(int initialCapacity) {
this(initialCapacity, DEFAULT_LOAD_FACTOR);
}
指定“容量大小”和“加载因子”的构造函数 ，先判断参数合法性后初始化
public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {
参数不合法抛出异常
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);
计算capacity 要求大于initialCapacity的最小的2的幂(HashMap容量大小必须位2的幂)
int capacity = 1;
while (capacity < initialCapacity)
capacity <<= 1; //左移运算符，相当于capacitry乘以2
设置“加载因子”
this.loadFactor = loadFactor;
设置HashMap阈值，当HashMap中存储数据的数量超过threshold时，就需要扩容
threshold = (int)(capacity * loadFactor);
创建Entry数组，用来存储数据
table = new Entry[capacity];
init();
}
包含子map的构造函数
public HashMap(Map m) {
this(Math.max((int) (m.size() / DEFAULT_LOAD_FACTOR) + 1,DEFAULT_INITIAL_CAPACITY), DEFAULT_LOAD_FACTOR);
将m中的全部元素逐个添加到HashMap中
putAllForCreate(m);
}
将m中的全部元素都添加到HashMap中， 该方法被内部的构造HashMap的方法所调用。
private void putAllForCreate(Map m) {
// 利用迭代器将元素逐个添加到HashMap中
for (Iterator> i = m.entrySet().iterator(); i.hasNext(); ) {
Map.Entry e = i.next();
putForCreate(e.getKey(), e.getValue()); //将单个添加的方法（下面讲述）
}
}
参考文献：https://www.zhihu.com/question/20733617
1static int hash(int h) {
这段代码是为了对key的hashCode进行扰动计算，防止不同hashCode的高位不同但低位相同导致的hash冲突。
简单点说，就是为了把高位的特征和低位的特征组合起来，降低哈希冲突的概率，也就是说，尽量做到任何一位的变化都能对最终得到的结果产生影响。
h ^= (h >>> 20) ^ (h >>> 12);
return h ^ (h >>> 7) ^ (h >>> 4);
}
返回索引值 （下标）
一般我们利用hash码，计算出在一个数组的索引，常用方式是”h % length”, 也就是求余的方式 ，可能是这种方式效率不高, SUN大师们发现, 当容量一定是2^n时，h & (length - 1) == h % length”. 按位运算特别快 .
对于length = 16, 对应二进制1 0000, length-1=0 1111
假设此时h = 17 .
1.使用h % length, 也就是17 % 16, 结果是1 .
2.使用h & (length - 1), 也就是 1 0001 & 0 1111, 结果也是1 .
我们会发现, 因为0 1111低位都是1, 进行&操作, 就能成功保留1 0001对应的低位, 将高位的都丢弃, 低位是多少, 最后结果就是多少 .刚好低位的范围是0~15, 刚好是长度为length=16的所有索引 .
static int indexFor(int h, int length) {
return h & (length-1); 保证返回值的小于length
}
public int size() { return size; }
public boolean isEmpty() { return size == 0; }
获取key对应的value
public V get (Object key) {
判断是否为null，如果key是null，调用getForNulKey取出null的value值
if (key == null)
return getForNullKey();
根据key的hashCode计算hash值
int hash = hash(key.hashCode());
找出hash值相应位置索引的Entry的链表，如果不为null，循环判断是否有相同的key和hash
for (Entry
Object k;
if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) //判断key和hash是否相同。相同就返回value
return e.value;
}
return null;
}
获取key为null的元素的值 ,HashMap将“key为null”的元素存储在 table[0] 位置！
private V getForNullKey() {
for (Entry
if (e.key == null)
return e.value;
}
return null;
}
HashMap是否包含key
public boolean containsKey (Object key) {
return getEntry(key) != null;
}
根据key 要求返回Entry对象
final Entry
获取哈希值 ,key为null的元素存储在table[0]上，key不为null，则调用hash()计算哈希值
int hash = (key == null) ? 0 : hash(key.hashCode());
找出hash值相应位置索引的Entry的链表，循环判断是否有相同的key和hash ，相同则返回
for (Entry
Object k;
if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
return e;
}
return null;
}
将key-value添加到HashMap中
public V put (K key, V value) {
若key为null，则将该键值对添加到table[0]中。
if (key == null)
return putForNullKey(value);
若key不为null，则计算该key的哈希值，然后将其添加到该哈希值对应的链表中。
int hash = hash(key.hashCode());
int i = indexFor(hash, table.length);
循环Entry判断该key是否存在，存在的话，则用新的value取代旧的value。然后退出！
for (Entry
Object k;
if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {
V oldValue = e.value;
e.value = value;
e.recordAccess(this);
return oldValue; //存在值得时候，覆盖后返回原值
}
}
若“该key”对应的键值对不存在，则将“key-value”添加到table中
modCount++;
addEntry(hash, key, value, i);
return null;
}
putForNullKey()的作用是将key为null键值对添加到table[0]位置
private V putForNullKey (V value) {
for (Entry
if (e.key == null) {
V oldValue = e.value;
e.value = value;
e.recordAccess(this);
return oldValue;
}
}
这里的完全不会被执行到!因为本方法就是将key为null的存储到table[0]位置上
modCount++;
addEntry(0, null, value, 0);
return null;
}
新增Entry。将key-value插入指定位置，bucketIndex是位置索引。
void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
1、判断当前个数是否大于等于阈值
2、当前存放是否发生哈希碰撞
如果上面两个条件否发生，那么就扩容
if ((size >= threshold) && (null != table[bucketIndex])) {
//扩容，并且把原来数组中的元素重新放到新数组中
resize(2 * table.length);
hash = (null != key) ? hash(key) :
bucketIndex = indexFor(hash, table.length);
}
createEntry(hash, key, value, bucketIndex);
createEntry() 创建Entry。将key-value插入指定位置，bucketIndex是位置索引。
void createEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
保存bucketIndex位置的值到·e中
Entry
设置“bucketIndex”位置的元素为“新Entry”， 设置“e”为“新Entry的下一个节点”
table[bucketIndex] = new Entry
size++;
和addEntry区别于没有判断是否超过了阈值
}
它和addEntry的区别是：
1.addEntry()
对于我们新建的HashMap，不断的向里面添加值的时候我们是不知道是否会超过阈值，所以需要使用addEntry()，put()是通过addEntry()新增Entry的。
用于HashMap的实际容量可能超过阈值的情况下。
2.createEntry()
我们调用HashMap带有Map参数的构造函数，需要将Map的全部元素添加到HashMap中，在添加之前，我们已经计算好HashMap的容量和阈值,确定Map中的全部元素添加到HashMap中，都不会超过HashMap的阈值。 此时，调用createEntry()即可。
用于HashMap的实际容量不会超过阈值的情况下。
创建HashMap对应的添加方法，
putForCreate()和put()不同的是
putForCreate()是内部方法，它被构造函数等调用，用来创建HashMap
而put()是对外提供的往HashMap中添加元素的方法*/
private void putForCreate(K key, V value) {
int hash = (key == null) ? 0 : hash(key.hashCode());
int i = indexFor(hash, table.length);
若该HashMap表中存在“键值等于key”的元素，则替换该元素的value值
for (Entry
Object k;
if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) {
e.value = value;
return;
}
}
若该HashMap表中不存在键值等于key的元素，则将该key-value添加到HashMap中
createEntry(hash, key, value, i);
}
重新调整HashMap的大小，newCapacity是调整后的单位
void resize(int newCapacity) {
Entry[] oldTable = table;
int oldCapacity = oldTable.length;
判断是否已经超过最大容量（1073742824），超过了的话，就将threshold设置为Integer.MAX_VALUE（214743647）
if (oldCapacity == MAXIMUM_CAPACITY) {
threshold = Integer.MAX_VALUE;
return;
}
新建一个HashMap，将旧HashMap的全部元素添加到新HashMap中，
Entry[] newTable = new Entry[newCapacity];
将数据转移到新数组中，参数，新数组和是否需要重新计算hash值
transfer(newTable, initHashSeedAsNeeded(newCapacity) );
table = newTable;
threshold = (int)(newCapacity * loadFactor);
}
扩容的时候，将HashMap中的全部元素都添加到newTable中 （转移）
void transfer(Entry[] newTable, boolean rehash) {
int newCapacity = newTable.length; //容量大小
for (Entry
while(null != e) {
Entry
if (rehash) { //是否需要计算hash值（一般不会重新计算）
e.hash = null == e.key ? 0 : hash(e.key);
}
int i = indexFor(e.hash, newCapacity);
e.next = newTable[i]; //将e.next指向table[i]
newTable[i] = e; //将table[i] 向下移
e = next;
经过这几步，我们会发现转移的时候是逆序的。假如转移前链表顺序是1->2->3，那么转移后就会变成3->2->1，死锁问题就是因为1->2的同时2->1（两个线程下），HashMap 的死锁问题就出在这个transfer()函数上。
}
}
}
将m的全部元素都添加到HashMap中
public void putAll(Map m) {
个数的校验
int numKeysToBeAdded = m.size();
if (numKeysToBeAdded == 0)
return;
计算容量是否足够， 当需要的容量小于阈值时（实际容量），则将容量x2。
if (numKeysToBeAdded > threshold) {
int targetCapacity = (int)(numKeysToBeAdded / loadFactor + 1);
判断是否已经超过最大容量（1073742824），超过了的话，就将threshold设置为Integer.MAX_VALUE（214743647）
if (targetCapacity > MAXIMUM_CAPACITY)
targetCapacity = MAXIMUM_CAPACITY;
如果当前容量小于目标容量，计算并保证为2的幂，然后扩容
int newCapacity = table.length;
while (newCapacity < targetCapacity)
newCapacity <<= 1;
因为如果执行了重新计算，肯定上一次大，然后进行扩容的操作
if (newCapacity > table.length)
resize(newCapacity);
}
通过迭代器，将m中的元素通过put方法逐个添加到HashMap中。
for (Iterator> i = m.entrySet().iterator(); i.hasNext(); ) {
Map.Entry e = i.next();
put(e.getKey(), e.getValue());
}
}
删除键为key的元素
public V remove(Object key) {
Entry
return (e == null ? null : e.value);
}
删除键为key的元素
final Entry
int hash = (key == null) ? 0 : hash(key.hashCode()); // 根据key求哈希值
int i = indexFor(hash, table.length); // 计算数组的下标
Entry
Entry
删除链表中键为key的元素
本质是删除单向链表中的节点
while (e != null) {
Entry
Object k;
找出该节点后，然后容量减1，
if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) {
modCount++;
size--;
判断该节点是否是该链表的第一个。
if (prev == e)
table[i] = next;
else
prev.next = next;
e.recordRemoval(this);
return e;
}
prev = e;
e = next;
}
return e;
}
删除键值对 o
final Entry
先判断o对象的类型
if (!(o instanceof Map.Entry))
return null;
Map.Entry
Object key = entry.getKey();
int hash = (key == null) ? 0 : hash(key.hashCode());
int i = indexFor(hash, table.length);
Entry
Entry
删除链表中的键值对e，循环桶中的元素，找到需要删除的元素，然后删除对应的节点
while (e != null) {
Entry
if (e.hash == hash && e.equals(entry)) {
modCount++;
size--;
if (prev == e)
table[i] = next;
else
prev.next = next;
e.recordRemoval(this);
return e;
}
prev = e;
e = next;
}
return e;
}
清空HashMap，将所有的元素设为null
public void clear() {
modCount++;
Entry[] tab = table;
for (int i = 0; i < tab.length; i++)
tab[i] = null;
size = 0;
}
是否包含值为value的元素
public boolean containsValue(Object value) {
若value为null，则调用containsNullValue()查找
if (value == null)
return containsNullValue();
若value不为null则查找HashMap中是否有值为value的节点。
Entry[] tab = table;
for (int i = 0; i < tab.length ; i++)
for (Entry e = tab[i] ; e != null ; e = e.next)
if (value.equals(e.value))
return true;
return false;
}
是否包含null值
private boolean containsNullValue() {
Entry[] tab = table;
for (int i = 0; i < tab.length ; i++)
for (Entry e = tab[i] ; e != null ; e = e.next)
if (e.value == null)
return true;
return false;
}
克隆HashMap，并返回Object对象
public Object clone() {
HashMap
try {
result = (HashMap
} catch (CloneNotSupportedException e) {
// assert false;
}
result.table = new Entry[table.length];
result.entrySet = null;
result.modCount = 0;
result.size = 0;
result.init();
调用putAllForCreate()将全部元素添加到HashMap中
result.putAllForCreate(this);
return result;
}
HashIterator是HashMap迭代器的抽象出来的父类，实现了公共了函数。
它包含key迭代器(KeyIterator)、“alue迭代器(ValueIterator)”和“Entry迭代器(EntryIterator)”3个子类。
private abstract class HashIterator
Entry
int expectedModCount; // expectedModCount用于实现fast-fail机制。
int index; // 当前索引
Entry
HashIterator() {
expectedModCount = modCount;
if (size > 0) {
Entry[] t = table;
将next指向table中第一个不为null的元素。
这里利用了index的初始值为0，从0开始依次向后遍历，直到找到不为null的元素就退出循环。
while (index < t.length && (next = t[index++]) == null) ;
}
}
public final boolean hasNext() {
return next != null;
}
获取下一个元素
final Entry
if (modCount != expectedModCount)
throw new ConcurrentModificationException();
Entry
if (e == null)
throw new NoSuchElementException();
一个Entry就是一个单向链表 ，若该Entry的下一个节点不为空，就将next指向下一个节点;
否则，将next指向下一个链表(也是下一个Entry)的不为null的节点。
if ((next = e.next) == null) {
Entry[] t = table;
while (index < t.length && (next = t[index++]) == null) ;
}
current = e;
return e;
}
删除当前元素
public void remove() {
if (current == null)
throw new IllegalStateException();
if (modCount != expectedModCount)
throw new ConcurrentModificationException();
Object k = current.key;
current = null;
HashMap.this.removeEntryForKey(k);
expectedModCount = modCount;
}
value的迭代器
private final class ValueIterator extends HashIterator
public V next() {
return nextEntry().value;
}
}
key的迭代器
private final class KeyIterator extends HashIterator
public K next() {
return nextEntry().getKey();
}
}
Entry的迭代器
private final class EntryIterator extends HashIterator
public Map.Entry
return nextEntry();
}
}
返回一个“key迭代器”
Iterator
return new KeyIterator();
}
返回一个“value迭代器”
Iterator
return new ValueIterator();
}
返回一个“entry迭代器
Iterator
return new EntryIterator();
}
返回“key的集合”，实际上返回一个“KeySet对象”
public Set
Set
return (ks != null ? ks : (keySet = new KeySet()));
}
Key对应的集合 ，KeySet继承于AbstractSet，说明该集合中没有重复的Key。
private final class KeySet extends AbstractSet
public Iterator
return newKeyIterator();
}
public boolean contains(Object o) {
return containsKey(o);
}
public boolean remove(Object o) {
return HashMap.this.removeEntryForKey(o) != null;
}
public void clear() {
HashMap.this.clear();
}
返回“value集合”，实际上返回的是一个Values对象
public Collection
Collection
return (vs != null ? vs : (values = new Values()));
}
value集合，Values继承于AbstractCollection，不同于KeySet继承于AbstractSet，
Values中的元素能够重复。因为不同的key可以指向相同的value。
private final class Values extends AbstractCollection
public Iterator
return newValueIterator();
}
public int size() {
return size;
}
public boolean contains(Object o) {
return containsValue(o);
}
public void clear() {
HashMap.this.clear();
}
}
返回“HashMap的Entry集合”
public Set
return entrySet0();
}
返回“HashMap的Entry集合”，它实际是返回一个EntrySet对象
private Set
Set
return es != null ? es : (entrySet = new EntrySet());
}
EntrySet对应的集合
EntrySet继承于AbstractSet，说明该集合中没有重复的EntrySet。
private final class EntrySet extends AbstractSet
public Iterator
return newEntryIterator();
}
public boolean contains(Object o) {
if (!(o instanceof Map.Entry))
return false;
Map.Entry
Entry
return candidate != null && candidate.equals(e);
}
public boolean remove(Object o) {
return removeMapping(o) != null;
}
public int size() {
return size;
}
public void clear() {
HashMap.this.clear();
}
}
java.io.Serializable的写入函数
将HashMap的“总的容量，实际容量，所有的Entry”都写入到输出流中
private void writeObject(java.io.ObjectOutputStream s) throws IOException
{
Iterator
s.defaultWriteObject();
s.writeInt(table.length);
s.writeInt(size);
if (i != null) {
while (i.hasNext()) {
Map.Entry
s.writeObject(e.getKey());
s.writeObject(e.getValue());
}
}
}
private static final long serialVersionUID = 362498820763181265L;
java.io.Serializable的读取函数：根据写入方式读出
将HashMap的“总的容量，实际容量，所有的Entry”依次读出
private void readObject(java.io.ObjectInputStream s) throws IOException, ClassNotFoundException
{
s.defaultReadObject();
int numBuckets = s.readInt();
table = new Entry[numBuckets];
init();
int size = s.readInt();
for (int i=0; i
K key = (K) s.readObject();
V value = (V) s.readObject();
putForCreate(key, value);
}
}
返回“HashMap总的容量”
int capacity() { return table.length; }
返回“HashMap的加载因子”
float loadFactor() { return loadFactor; }
}