Java集合框架—HashMap—源码研读1

 ## **前言：** **本篇为HashMap源码研读系列第一篇,主要分析HashMap中put()方法的源码。**阅读前需要对HashMap有基础的了解譬如：hashCode、hashMap结构：数组列表、散列冲突、装填因子。 **第二篇主要分析resize和扩容原理的源码。源码基于JDK9.** * * * 最近，在研读HashSet源码时发现其put方法调用的是HashMap中的map.put()： ``` public boolean add(E e) { return map.put(e, PRESENT)==null; } ``` 然后想起来：原来**HashSet的底层是HashMap**，只是HashSet中put元素的时候，元素直接被当做key存进了hashMap中，这个PRESENT只是一个Object[]罢了，不论存放任何值都会有相同的PRESENT被当做‘值’存放进map中。 ``` private static final Object PRESENT = new Object(); ``` 但是今天，我们先不看set，而是主要研究下hashmap的源码，话不多说，让我们跳到HashMap源码中的put方法，看看有何乾坤？ ``` public V put(K key, V value) { return putVal(hash(key), key, value, false, true); } ``` 看上去很简单，put方法会return一个putVal方法，方法包含5个参数，其中前三个： **hash(key)：**是根据传入的key键来计算出一个int型的数字 **key：**要放入hashMap中的【键】 **value:**和键相对应的【值】 **此处需要注意:hash(key)是根据传入的key键来计算出一个int型的数字，但是请注意，这个数字并不是通常所说的hashCode。我们点进去hash(key)中看一下：**  看上去很简单，就一行。但其实，大有乾坤：*(P.S.此处^是异或运算符，>>>是无符号右移运算符。h>>>16表示将h的32位数值无符号右移16位。)* 此方法返回一个int型数字，如果key==null则返回0，否则返回(h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16)，这里首先会根据key计算出这个键的hashCode值，这里，key.hashCode()调用的是Object类的.hashCode()方法，此方法是native方法，具体实现不在java中，而是java通过JNI调用c++实现的。具体的native源码，可以在openJDK源码中找到对应实现。关于hashCode()此处就不展开了~我们需要知道的是：**如果一个对象保持不变，那么我调用hashCode()产生的32位int型的hash值也不会变。** **继续看代码：**h = key.hashCode()这里h是这个key通过hashCode()方法计算得到的hashCode值。得到h后：h ^ (h >>> 16) 即表示h会进一步和 (h >>> 16)进行异或运算并return最终的结果。**这里细心留意下会发现：h是个32位的int型，h >>> 16表示：原先位于右半部分的低16位全被清空，原先位于左半部分的高16位移到了现在的右半部分，左边空位用0补齐。** **然后得到的数再和h进行异或，那么最后的结果相当于保留了原先h的高16位部分，而低16位部分则相当于用原高16位和低16位异或。** 看到这，我想大部分人会有点懵，为什么算出来一个值还要右移16位？移位后还要进行异或运算？这么做的目的何在？***此处，留个悬念，我们继续往下看源码：*** hash(key)计算出键的hash值后，put方法reurn一个putVal()方法 ``` return putVal(hash(key), key, value, false, true); ``` 现在，我们进入putVal方法中一探究竟：  putVal方法初始化了几个变量： ``` Node [] tab; Node p; int n, i; ``` 看到Node，我们点进去看一下是如何定义的： ``` static class Node implements Map.Entry { final int hash; final K key; V value; Node next; Node(int hash, K key, V value, Node next) { this.hash = hash; this.key = key; this.value = value; this.next = next; } ``` **可以看到，和LinkedList中的Node类似，HashMap中也定义了内部类：Node **，不过有点不同的是Node节点类有4个成员变量： **final int hash;** **final K key;** **V value;** **Node next;** 每个Node节点都可以存一个int类型的hash值，key，value，和指向另一个Node节点的引用next，现在让我们回到putVal中看一下： ``` Node [] tab; Node p; int n, i; ``` 这个tab是个Node节点数组，里面肯定有联系，带着疑问我们接着往下看： ``` if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0) n = (tab = resize()).length; ``` 第一句就有点晕啊，table是什么？ ``` transient Node [] table; ``` 原来table是个Node节点数组，到这里大概就能猜出来了：**HashMap的底层是链表数组，这个Node [] table就是HashMap所谓的【链表数组】** ``` if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0) n = (tab = resize()).length; ``` 将table赋给tab，若tab为空或tab.length == 0，则执行n = (tab = resize()).length; 如果初始的HashMap为空则tab == null则进入初始化过程，初始化主要是通过resize()执行。 resize()后的数组列表赋给tab完成初始化。resize方法，看名字就知道是用于扩容的方法，在此先不做分析，留到下一篇讲解，现在我们知道resize()方法是用来给HashMap扩容的就行了。经过resize()方法初始化赋值后tab成为了一个长度为16，阈值为12的数组列表(初始容量默认为16，装填因子默认为0.75，阈值 = 容量 * 装填因子) ``` if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null) tab[i] = newNode(hash, key, value, null); ``` 如果tab[i]对象为空,则通过newNode()方法构造一个新节点，然后插入tab[i]中。注意，此处 **索引i = (n - 1) & hash，这是hashMap中的核心知识点。**对于任意一个新的等待添加的元素，是如何计算其插入位置索引的呢？就是通过(n - 1) & hash.hash是之前通过hash(key)计算出来的int型的hash值，n为table的容量 = table.length。 还记得上面int型的hash值是如何得到的么？**h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16)，也就是说这里的hash值h是和**hashCode相关的，但是不等价，而且这个h的计算方式比较独特，为什么不直接通过key.hashCode()得到hash值而非要用这种方式？ 让我们看一张图和两段话：  **在JDK1.8的实现中，优化了高位运算的算法，通过hashCode()的高16位异或低16位实现的：(h = k.hashCode()) ^ (h >>> 16)，主要是从速度、功效、质量来考虑的，这么做可以在数组table的length比较小的时候，也能保证考虑到高低Bit都参与到Hash的计算中，同时不会有太大的开销。** ***这个方法非常巧妙，它通过h & (table.length -1)来得到该对象的保存位，而HashMap底层数组的长度总是2的n次方，这是HashMap在速度上的优化。当length总是2的n次方时，h& (length-1)运算等价于对length取模，也就是h%length，但是&比%具有更高的效率*** *——摘自美团技术团队分享：*[Java 8系列之重新认识HashMap](https://zhuanlan.zhihu.com/p/21673805) * * * 解决了hashMap中根据key求其在table[]中索引i的问题，接下来我们面临这第二个问题： **哈希碰撞。**table[i]处原先没有对象我才可以通过tab[i] = newNode(hash, key, value, null);插入新对象。要是tab[i]处不为空该怎么办呢？此处就是**hash碰撞：即不同元素的key通过hash(key)散列出的索引i相等，导致这些元素都会插入至table[i],也就是产生了哈希碰撞** 这里分几种情况： ``` //如果当前待插入对象的hash值和table[i]对象的hash值相同，且key值相同，则用新value覆盖掉原value if (p.hash == hash &&((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) e = p; //若key不相同，且table[i]为红黑树，则将节点放入树中 else if (p instanceof TreeNode) e = ((TreeNode )p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value); //若key不相同,且table[i]为链表，则进入for循环 else {...} ``` 1.若当前对象的hash值和tab[i]对象的hash值相同，且key键也相等，则直接用当前对象的新value值覆盖原value。 2.若hash值相同但key不同，则将当前对象插入到table[i]中的对象中去，此对象可能是链表也可能是红黑树。若table[i]对象为红黑树，则将当前对象插入树中。 3.若table[i]对象为链表，则插入之前需要依次遍历每个链表节点，寻找插入位置。 让我们来看看第3种情况：  简单来说，如果table[i]为链表，那么会通过一个无限for循环遍历此链表来寻找插入位。正常情况下会循环到链表尾，停止循环，将待插入的key和value通过newNode()方法放入新构造的Node节点中，将此Node节点置于链表尾。或者在循环过程中发生key值冲突，则会提前break出for循环。这时，最后如果e != null，则表示发生了key值冲突，则会用新value值覆盖掉原节点的value值，并return出去。 * * * **本篇文章主要讲解的是put方法，hashmap还有很多精彩的内容其实并未涉及，譬如resize()扩容方法，链表转红黑树的实现.....这些问题放在下一篇文章中。最后，墙裂推荐几篇非常好的文章~** [HashMap实现原理及源码分析 - dreamcatcher-cx - 博客园​www.cnblogs.com](https://link.zhihu.com/?target=https%3A//www.cnblogs.com/chengxiao/p/6059914.html) [美团技术团队：Java 8系列之重新认识HashMap​zhuanlan.zhihu.com](https://zhuanlan.zhihu.com/p/21673805) [极乐君：Java集合专题总结（1）：HashMap 和 HashTable 源码学习和面试总结​zhuanlan.zhihu.com](https://zhuanlan.zhihu.com/p/24338517) [清浅池塘：HashMap底层实现原理（上）​zhuanlan.zhihu.com](https://zhuanlan.zhihu.com/p/28501879)