HashMap(JDK1.7)详细源码分析开胃菜-包含总结可直接杀死面试

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喜爱的源码分析又来了！

1.如果不喜欢位运算想知道JDK1.7的hashmap源码面试总结可直接看最后面即可;

2.文章会携带小部分，___下划线的小题目，用于大脑思考，增强各位同学同志的记忆;

一、HashMap中的<<左移动和>>右移动的移位

注意四个点：

原码、反码、补码的首位称为符号位0为正，首位1为负.

• 原码、反码、补码的首位称为符号位0为正，首位1为负.
• 我们平常看到的正负数值都是原码（二进制0和1），而计算机是无法进行计算的（这个问题，等看完文章之后，再说明例子。）而位移和运算时是补码进行的位移和运算
• 正数我们直接可以得到补码，负数需要经过原码->反码->补码得到(这也是为什么需要学习原码、反码、补码的原因)
• 这里我们假设类比java中的byte类型，1个byte，8个bit来进行移位。（实际java中是int类型的4个byte，32个bit位来玩儿的）.

具体内容：

正数：以+5为例，

从右至左数，第一个bit位表示2的0次方为1，第三个bit位表示2的2次方为4，以此类推。即2的2次方+2的0次方=5.

提问，这里的首位(符号位)为0则是正的还是负的呢？

答：（问题一）。

原码 0000 0101

反码 0000 0101

补码 0000 0101

规律：正数的原码、反码、补码是一致的

负数：以-5为例，

提问，这里的首位(符号位)为1则是正的还是负的呢？

答：（问题二）。

原码 1000 0101

反码 1111 1010

补码 1111 1011

规律：
原码：首位即符号位为1为负，其余和正5没区别。
反码：首位即符号位不变，其余位数取反，0变为1，1变为0。
补码：在反码基础上都不变的情况下末尾+1，(bit位是逢2进1再变0).

符号 >> 右箭头为右移动 << 左箭头为左移动，统称为有符号运算.

(1)补码的算数移位，首位即符号位是不变的，仅对数值位进行移位。

(2)正数：>> 右移则表示从最后面去掉bit位，并在最前面补0。即高位补0，低位舍弃。如果舍弃的位为0，相当于/2（除以2）；如果舍弃的bit位!=0为1的话，则会丢失精度。

(3)正数：<< 左移则表示向末尾补0 则所有bit位都进位了。即低位补0，高位舍弃。若舍弃的位=0，则相当于*2（乘以2）；如果舍弃的bit位!=0为1的话，则会出现严重误差。

(4)负数：>> 右移：高位补1，低位舍弃。一般情况下相当于/2（除以2）；如果舍弃的bit位!=0为1的话，则会丢失精度。

(5)负数：<< 左移：低位补0，高位舍弃。一般情况下相当于*2（乘以2）；如果舍弃的bit位!=0为1的话，则会出现严重误差。

(6)由于左移动乘以2，右移动除以2是不规律的，最好的就是原码->反码->补码进行转化后，再由补码进行移位和运算再转化为补码->反码->原码,得到的值才是准确的，这也是我们为什么学习原码、反码、补码。

(7)简单来记就是，左移动乘，右移动除。再学习这篇文章之后，自己再动手进行原码、反码、补码进行转化和移位得到精确值吧


5 >> 2 表示 5的补码的bit位向右边移动两位，即是乘以还是除以呢？答：（问题三）。

原码 0000 0101

反码 0000 0101

补码 0000 0001 01（这里注意末尾的01被去掉了,是不要的）

再从补码->反码->原码，由于是正数都是不变的，所以原码依然是 0000 0001

首位为符号位为0，即为正+

从右边往左边数第一个为1，表示2的0次方为1。

得到5 >> 2 值为+1。



5 << 2 表示 5的补码的bit位向左边移动两位，且末尾补0，即是乘以还是除以呢？答：（问题四）。

原码 0000 0101

反码 0000 0101

补码 0001 0100 （这里注意末尾添加了00）



再从补码->反码->原码，由于是正数都是不变的，所以原码依然是 0001 0100

首位为符号位为0，即为正+

从右边往左边数第三个为1，表示2的2次方为4.

从右边往左边数第五个为1，表示2的4次方为16.

得到5 >> 2 值为+20。



-5 >> 2 表示 -5的补码的bit位向右边移动两位，即是乘以还是除以呢？答：（问题五）。

原码 1000 0101

反码 1111 1010

补码 1111 1011



补码右移动两位且高位补1，即左边的数移动到右边时都为1得到 1111 1110（这里注意末尾的11被去掉了,是不要的）

补码移位完成后，还不是结果，还需要进行变换到原码，才是我们的看到的数值。

补码 1111 1110

反码 1000 0001 （保留首位即符号位，其余都取反1变为0，0变为1）

原码 1000 0010 （在反码的基础上末尾+1，(bit位是逢2进1再变0)）

首位为符号位为1，即为负-

从右边往左边数第二个为1，表示2的1次方为2.

得到-5 >> 2 值为-2。



-5 << 2 表示 -5的补码的bit位向左边移动两位，即是乘以还是除以呢？答：（问题六）。

原码 1000 0101

反码 1111 1010

补码 1111 1011



补码左移动两位且末尾补0，得到1110 1100（这里注意末尾加了00）

补码移位完成后，还不是结果，还需要进行变换到原码，才是我们的看到的数值。

补码 1110 1100

反码 1001 0011 （保留首位即符号位，其余都取反1变为0，0变为1）

原码 1001 0100 （再反码的基础上末尾+1，(bit位是逢2进1再变0)）

首位为符号位为1，即为符-

从右边往左边数第三个为1，表示2的2次方为4.

从右边往左边数第五个为1，表示2的4次方为16.

得到-5 >> 2 值为4+16，20，且为符号得-20。



这里是讲的8位二进制能表示的十进制数范围为(2^8/2-1)~(-28/2)即[+127,-128],这些数都是8位二进制来玩儿如果移位时有bit位为1超出了第八位则表示溢出会丢失.

如果是两个字节16位二进制范围内的数(2^16/2-1)~(-216/2)即[32767,-32768],这些数都是16位二进制来玩儿如果移位时有bit位为1超出了第十六位则表示溢出会丢失.

二、HashMap中的变量常量用final修饰的好处

• final修饰的变量是常量。可以让方法区中的常量池进行缓存，可复用。
• final修饰即不可变，多线程环境下是共享的，即线程安全。(对于变量可以，对于方法不可以)
• final修饰的方法，jvm会进行内联，提高java效率，在确定该方法类不会被继承则尽量使用final修饰。

三、HashMap中的变量和方法用static修饰的好处和坏处

好处：

可以使变量在类中实现共享，在多个类对象之间共享该变量，而不必每个对象都存储一个拷贝
static变量由JVM初始化，不需要显式初始化
static变量可以在类加载时就分配内存，减少了程序运行时才分配内存带来的性能损失

坏处：

由于static变量内存分配固定，当使用大量static变量时，会对系统性能造成压力；
static变量是全局的，一旦发生变动，会对系统产生不可预知的影响；
static变量不能被继承，派生类无法访问父类的静态变量。

四、JDK1.7中HashMap的结论如下

• 数据结构是数组+单链表，整个数组对象为：Entry[]数组对象，链表对象为：Entry。
• HashMap的无参构造方法初始化一个数组table，大小为0。
• HashMap的PUT方法首先会判断table的大小是否为0，如果为0则数组会进行扩容为16。
• HashMap的有参构造方法指定的数组初始容量，HashMap会初始化一个大小大于等于n的二次方数的一个数组，为后续方便hash散列运算。例如6则hashmap会初始化为2^3 为8，21则hashmap会初始化为2^5 为32。
• 理解哈希冲突，对于我们的hashcode()方法，同个对象hashcode值相同，不同对象可能hashcode相同，不同对象返回了hashcode值相同则就是hash冲突了。
• hashmap中的put()方法,详情看下面标题！！！
• 为什么数组的长度一定要是二次方数？二次方数和算数组下标是息息相关的，而源码中的与位运算恰好可以保证能取到所有索引下标，且比取模更快，提高计算索引下标的效率。
• 为什么需要扩容？扩容可以使链表上的数据的key的hash值重新被计算，平移存放到原来索引下标位置（假设0）和扩容之后的索引下标位置（假设0）+原来容量中（假设16），让链表变短，提高存放、查询、删除元素的效率。
• hashmap中的get()方法：
• （1）、先判断key是否为null，如果为null则直接从数组索引下标为0的单链表进行遍历判断key是否为null是则返回值，不是则返回null。
• （2）、如果key不为null则根据key进行hash运算得到数组下标再进行单链表从头部进行遍历Entry结点比较key值是否相等，相等则返回value值，遍历完了没有相等的则返回null。

五、JDK1.7中HashMap的put方法详解

• 先判断是否为{}对象，是则进行扩容默认16.
• 再判断如果key为null则直接放到索引下标为0的数组中，遍历，判断Entry的单链表中是否有key为null的值，有则返回旧值，并替换为新值，然后返回结束。如果没有key为null，则进行头插法，插入链表，且把插入的元素作为数组的第一个Entry结点。然后返回null结束.
• 如果key不为null，再进行计算key的hash值，里面会有hashcode计算和自己实现的算法目的是尽量的使二进制的高位进行运算，让hash更加散列，提高随机性.
• ​根据hash值和当前数组的容量得到新put加入元素需要放入的数组的索引下标.
• 获取数组索引下标的Entry单链表对象，进行判断如果不为null，则进行遍历，当Entry对象中hash值相同、key的引用即内存地址值相等、key的equals比较相同（类似String作为key的话，重写了equals方法则会比较每个元素内容是否相同，如果没有重写，则调用的是Object的equals方法实际就是比较内存地址值），再获取原来Entry的value值，为oldValue。当前值覆盖原来的值，返回旧值结束.
• 记录操作次数，这里是在进行删除的时候，判断并发修改异常的一个标志，所以，推荐遍历时使用stream流的filter过滤或者迭代器的遍历用迭代器的remove方法.
• 如果单链表遍历完了，仍然没有相同的key，则先会判断是否需要扩容，再添加新Entry结点.
• jdk1.7的hashmap是先判断原来的元素个数是否超过阈值，且是否存在hash冲突才需要扩容，再添加值，再size++，size是从0开始的。具体的扩容判断如下：
  hashmap中的扩容前的判断if ((size >= threshold) && (null != table[bucketIndex]))，当且当添加13个元素时，就已经添加12个了，现在添加第13个时进行判断
  以前的元素个数size有12个大于等于阈值12，且当前key经过hash算法处理之后得到的数组下标的Entry不等于null，即当前数组下标存在一个单链表Entry对象则才进行扩容。
• 终极结论是：Hashmap的扩容需要满足两个条件：当前数据存储的数量（即size()）大小必须大于等于阈值；当前加入的数据是否发生了hash冲突。因为上面这两个条件，所以存在下面这些情况
• （1）、就是hashmap在存值的时候（默认大小为16，负载因子0.75，阈值12），可能达到最后存满16个值的时候，再存入第17个值才会发生扩容现象，因为前16个值，每个值在底层数组中分别占据一个位置，并没有发生hash碰撞。
• （2）、当然也有可能存储更多值（超多16个值，最多可以存27个值）都还没有扩容。原理：前12个值全部hash碰撞组成一个单链表，存到数组下标的同一个位置（这时hashmap中的size是拿的以前的元素个数即11小于阈值12，不会扩容），后面所有存入的15个值全部分散到数组剩下的15个位置（这时元素个数大于等于阈值，但是每次存入的元素并没有发生hash碰撞，所以不会扩容），前面12+15=27，所以在存入第28个值的时候才同时满足上面两个条件，这时候才会发生扩容现象。
• 综上，在默认容量16，荷载因子为0.75，阈值是12时，扩容的最小元素个数为添加的第13个，最大元素个数为添加的第28个。
• 扩容的具体内容为，使用的是头插法，获取索引下标的Entry对象，新创建一个Entry对象，且把原来的Entry对象当做next属性存放，并把新的Entry对象赋值给数组作为当前索引下标的第一个Entry结点,最后size++.然后返回null结束

六、公布上述答案

问题一：正

问题二：负

问题三：除以

问题四：乘以

问题五：除以

问题六：乘以


如果错误或者有优化的方面，请各位同学同志进行指点迷津哦！一起进步一起成长！也欢迎点赞·在看·转发哟！

七、最后

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END
下篇来临！