Java HashMap源码解析

注：此文针对jdk1.8下的源码进行分析，不同jdk版本下的HashMap会略有不同

背景介绍

哈希表的实现主要分为两大类：开放寻址法和拉链法。
而在Java源码中，HashMap的实现可归为拉链法这一大类中。
本文将依照Java源码，将jdk1.8实现的HashMap的种种细节进行分析。

源码分析

     /**
     * The default initial capacity - MUST be a power of two.
     */
    static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; // aka 16

    /**
     * The maximum capacity, used if a higher value is implicitly specified
     * by either of the constructors with arguments.
     * MUST be a power of two <= 1<<30.
     */
    static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;

    /**
     * The load factor used when none specified in constructor.
     */
    static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;

    /**
     * The bin count threshold for using a tree rather than list for a
     * bin.  Bins are converted to trees when adding an element to a
     * bin with at least this many nodes. The value must be greater
     * than 2 and should be at least 8 to mesh with assumptions in
     * tree removal about conversion back to plain bins upon
     * shrinkage.
     */
    static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8;

    /**
     * The bin count threshold for untreeifying a (split) bin during a
     * resize operation. Should be less than TREEIFY_THRESHOLD, and at
     * most 6 to mesh with shrinkage detection under removal.
     */
    static final int UNTREEIFY_THRESHOLD = 6;

    /**
     * The smallest table capacity for which bins may be treeified.
     * (Otherwise the table is resized if too many nodes in a bin.)
     * Should be at least 4 * TREEIFY_THRESHOLD to avoid conflicts
     * between resizing and treeification thresholds.
     */
    static final int MIN_TREEIFY_CAPACITY = 64;

    /**
     * Basic hash bin node, used for most entries.  (See below for
     * TreeNode subclass, and in LinkedHashMap for its Entry subclass.)
     */

在这段源码中涉及到了6个变量

DEFAULT_INITIAL_CAPACITY

• 变量含义：默认初始化容量
• 变量值：16

如果HashMap初始时未指定容量

HashMap map = new HashMap<>();

那么该map的容量会被初始化为16

需要注意的是，建议在构造HashMap时对其指定大小，尽量一次开够，且容量通常为2的整数次幂，这样才能使HashMap表现得更高效。

MAXIMUM_CAPACITY

• 变量含义：最大容量
• 变量值：1 << 30

HashMap的最大容量不能超过1 << 30

DEFAULT_LOAD_FACTOR

• 变量含义：扩容加载因子
• 变量值：0.75f

当HashMap构造时并没有指定容量并且此时的元素个数已达到容量的0.75倍时，HashMap会进行扩容

TREEIFY_THRESHOLD、UNTREEIFY_THRESHOLD、MIN_TREEIFY_CAPACITY

这三个变量需要一起介绍，因为他们都牵扯到Java HashMap的底层实现。
正如上文所说，Java的HashMap可归为拉链法这一大类，但它的设计远不止普通的拉链法那么简单，而是十分精妙。
最朴素的拉链法是指在哈希表发生哈希冲突的时候，将Node[]数组中冲突的Node后连接一个链表，使其形如
图中展示的为Node[1]在遭遇哈希冲突时的处理，它会向Node[1]节点下延伸出一条链表

可能聪明的读者看到这里会有疑问了，如果发生大量的哈希冲突，是不是所有节点都会变成一条很长的链表，那如此一来，查询效率岂不是会大大降低？

正是考虑到了这个原因，Java在设计HashMap时对这种朴素的拉链法做了改进，当这条链表变得很长时，它会进化为红黑树，而TREEIFY_THRESHOLD、UNTREEIFY_THRESHOLD、MIN_TREEIFY_CAPACITY这三个变量正是控制红黑树和链表之间的转换。

TREEIFY_THRESHOLD的值为8，代表当链表长度大于8时，这条链表将会变为红黑树
UNTREEIFY_THRESHOLD的值为6，代表红黑树中的节点小于等于6时，它会重新变回链表
MIN_TREEIFY_CAPACITY的值为64，代表当发生哈希冲突且哈希表的容量小于64时，它首先会选择扩容，而不是直接采取拉链法。

总结

HashMap中的实现决定了它的取与寸的效率都极高，其时间复杂度可被认为是O(1)，当需要Key-Value形式的存储且key唯一时，采用HashMap无疑是极佳的选择。