HashMap 认识
前者讲了ArrayList，LinkedList ，就前两者而言，反映的是两种思想：
ArrayList以数组形式实现，顺序插入、查找快，插入、删除较慢
LinkedList以链表形式实现，顺序插入、查找较慢，插入、删除方便
那么是否有一种数据结构能够结合上面两种的优点呢？有，答案就是HashMap。
HashMap是一种非常常见、方便和有用的集合，是一种键值对（K-V）形式的存储结构
| 关注点 | 结论 |
|---|---|
| HashMap是否允许空 | key 和 value 都允许为空 |
| HashMap是否允许重复数据 | key 不允许重复 vaue 运行重复 |
| HashMap是否有序 | 无序的 |
| HashMap是否线程安全 | 非线程安全 |
HashMap 构造器
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);
//初始化加载因子，默认的加载因子为 0.75
this.loadFactor = loadFactor;
//初始化容器的大小，默认的容器大小为 16
threshold = initialCapacity;
//子类会重写该方法，如：LinkedHashMap
init();
}
public HashMap(int initialCapacity) {
this(initialCapacity, DEFAULT_LOAD_FACTOR);
}
public HashMap() {
this(DEFAULT_INITIAL_CAPACITY, DEFAULT_LOAD_FACTOR);
}
public HashMap(Map m) {
this(Math.max((int) (m.size() / DEFAULT_LOAD_FACTOR) + 1,
DEFAULT_INITIAL_CAPACITY), DEFAULT_LOAD_FACTOR);
inflateTable(threshold);
putAllForCreate(m);
}
HashMap 添加元素
首先看一下HashMap的一个存储单元Entry：
static class Entry implements Map.Entry {
final K key;
V value;
Entry next;
int hash;
/**
* Creates new entry.
*/
Entry(int h, K k, V v, Entry n) {
value = v;
next = n;
key = k;
hash = h;
}
从HashMap的Entry看得出，Entry组成的是一个单向链表，因为里面只有Entry的后继Entry，而没有Entry的前驱Entr
public V put(K key, V value) {
// 假如 table 是空的
if (table == EMPTY_TABLE) {
// 初始化 table 以及 threshold 值
inflateTable(threshold);
}
//假如key 为 null 的
if (key == null)
//将 key 为 null 的 Entry 放置 table 索引为 0 的位置
return putForNullKey(value);
//通过 key 计算 hash 值
int hash = hash(key);
// 通过 hans 值 与 table 的长度 计算出 实际索引值
int i = indexFor(hash, table.length);
for (Entry e = table[i]; e != null; e = e.next) {
Object k;
//如果该对应数据已存在，执行覆盖操作。用新value替换旧value，并返回旧value
if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {
V oldValue = e.value;
e.value = value;
e.recordAccess(this);
return oldValue;
}
}
// //保证并发访问时，若HashMap内部结构发生变化，快速响应失败
modCount++;
//新增一个Entry
addEntry(hash, key, value, i);
return null;
}
private void inflateTable(int toSize) {
//capacity一定是2的次幂
int capacity = roundUpToPowerOf2(toSize);
//此处为threshold赋值，取capacity*loadFactor和MAXIMUM_CAPACITY+1的最小值，
//capaticy一定不会超过MAXIMUM_CAPACITY，除非loadFactor大于1
threshold = (int) Math.min(capacity * loadFactor, MAXIMUM_CAPACITY + 1);
// 初始化table
table = new Entry[capacity];
initHashSeedAsNeeded(capacity);
}
inflateTable这个方法用于为主干数组table在内存中分配存储空间，通过roundUpToPowerOf2(toSize)可以确保capacity为大于或等于toSize的最接近toSize的二次幂，比如toSize=13,则capacity=16;to_size=16,capacity=16;to_size=17,capacity=32.
private static int roundUpToPowerOf2(int number) {
// assert number >= 0 : "number must be non-negative";
int rounded = number >= MAXIMUM_CAPACITY
? MAXIMUM_CAPACITY
: (rounded = Integer.highestOneBit(number)) != 0
? (Integer.bitCount(number) > 1) ? rounded << 1 : rounded
: 1;
return rounded;
}
roundUpToPowerOf2中的这段处理使得数组长度一定为2的次幂，Integer.highestOneBit是用来获取最左边的bit（其他bit位为0）所代表的数值
void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
//当size超过临界阈值threshold，并且即将发生哈希冲突时进行扩容
if ((size >= threshold) && (null != table[bucketIndex])) {
//扩容之后数组的大小为原数组的两倍
resize(2 * table.length);
hash = (null != key) ? hash(key) : 0;
bucketIndex = indexFor(hash, table.length);
}
createEntry(hash, key, value, bucketIndex);
}
void resize(int newCapacity) {
Entry[] oldTable = table;
int oldCapacity = oldTable.length; //获取table 的长度
if (oldCapacity == MAXIMUM_CAPACITY) {
threshold = Integer.MAX_VALUE;
return;
}
//重新创建一个容量为原数组的2 倍的 Entry 数组
Entry[] newTable = new Entry[newCapacity];
//将当前的Entry数组中的元素全部传输到新的 Entry 数组中去
//需要重新计算每个Entry 的索引值
transfer(newTable, initHashSeedAsNeeded(newCapacity));
//将当前的 table 指向 新的 newTable
table = newTable;
//重新计算 threshold 的大小
threshold = (int)Math.min(newCapacity * loadFactor, MAXIMUM_CAPACITY + 1);
}
void transfer(Entry[] newTable, boolean rehash) {
int newCapacity = newTable.length;
//for循环中的代码，逐个遍历链表，重新计算索引位置，将老数组数据复制到新数组
//中去（数组不存储实际数据，所以仅仅是拷贝引用而已）
for (Entry e : table) {
while(null != e) {
Entry next = e.next;
if (rehash) {
e.hash = null == e.key ? 0 : hash(e.key);
}
int i = indexFor(e.hash, newCapacity);
//将当前entry的next链指向新的索引位置,newTable[i]有可能为空，有可能也是个
//entry链，如果是entry链，直接在链表头部插入。
e.next = newTable[i];
newTable[i] = e;
e = next;
}
}
}
void createEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
Entry e = table[bucketIndex];
//在以计算好的索引位置上 添加一个新增的 Entry
table[bucketIndex] = new Entry<>(hash, key, value, e);
size++;
}
//根据 key 计算出 hash 值
final int hash(Object k) {
int h = hashSeed;
if (0 != h && k instanceof String) {
return sun.misc.Hashing.stringHash32((String) k);
}
h ^= k.hashCode();
h ^= (h >>> 20) ^ (h >>> 12);
return h ^ (h >>> 7) ^ (h >>> 4);
}
/**
* 返回数组下标
*/
static int indexFor(int h, int length) {
return h & (length-1);
}
HashMap 删除数据
public V remove(Object key) {
Entry e = removeEntryForKey(key);
return (e == null ? null : e.value);
}
final Entry removeEntryForKey(Object key) {
if (size == 0) {
return null;
}
//通过 key 计算 hash 值
int hash = (key == null) ? 0 : hash(key);
//计算出 索引值
int i = indexFor(hash, table.length);
//获取索引 i 上的 Entry
Entry prev = table[i];
Entry e = prev;
while (e != null) {
Entry next = e.next;
Object k;
if (e.hash == hash &&
((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) {
modCount++;
size--;
if (prev == e)
table[i] = next;
else
prev.next = next;
e.recordRemoval(this);
return e;
}
prev = e;
e = next;
}
return e;
}
HashMap的table为什么是transient的
transient Entry[] table;
看到table用了transient修饰，也就是说table里面的内容全都不会被序列化
因为HashMap是基于HashCode的，HashCode作为Object的方法，是native的
这意味着的是：HashCode和底层实现相关，不同的虚拟机可能有不同的HashCode算法。再进一步说得明白些就是，可能同一个Key在虚拟机A上的HashCode=1，在虚拟机B上的HashCode=2，在虚拟机C上的HashCode=3。
这就有问题了，Java自诞生以来，就以跨平台性作为最大卖点，好了，如果table不被transient修饰，在虚拟机A上可以用的程序到虚拟机B上可以用的程序就不能用了，失去了跨平台性，因为：
1、Key在虚拟机A上的HashCode=100，连在table[4]上
2、Key在虚拟机B上的HashCode=101，这样，就去table[5]上找Key，明显找不到
整个代码就出问题了。因此，为了避免这一点，Java采取了重写自己序列化table的方法，在writeObject选择将key和value追加到序列化的文件最后面
private void writeObject(java.io.ObjectOutputStream s)
throws IOException
{
// Write out the threshold, loadfactor, and any hidden stuff
s.defaultWriteObject();
// Write out number of buckets
if (table==EMPTY_TABLE) {
s.writeInt(roundUpToPowerOf2(threshold));
} else {
s.writeInt(table.length);
}
// Write out size (number of Mappings)
s.writeInt(size);
// Write out keys and values (alternating)
if (size > 0) {
for(Map.Entry e : entrySet0()) {
s.writeObject(e.getKey());
s.writeObject(e.getValue());
}
}
}
private void readObject(java.io.ObjectInputStream s)
throws IOException, ClassNotFoundException
{
// Read in the threshold (ignored), loadfactor, and any hidden stuff
s.defaultReadObject();
if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor)) {
throw new InvalidObjectException("Illegal load factor: " +
loadFactor);
}
// set other fields that need values
table = (Entry[]) EMPTY_TABLE;
// Read in number of buckets
s.readInt(); // ignored.
// Read number of mappings
int mappings = s.readInt();
if (mappings < 0)
throw new InvalidObjectException("Illegal mappings count: " +
mappings);
// capacity chosen by number of mappings and desired load (if >= 0.25)
int capacity = (int) Math.min(
mappings * Math.min(1 / loadFactor, 4.0f),
// we have limits...
HashMap.MAXIMUM_CAPACITY);
// allocate the bucket array;
if (mappings > 0) {
inflateTable(capacity);
} else {
threshold = capacity;
}
init(); // Give subclass a chance to do its thing.
// Read the keys and values, and put the mappings in the HashMap
for (int i = 0; i < mappings; i++) {
K key = (K) s.readObject();
V value = (V) s.readObject();
putForCreate(key, value);
}
}