[JDK8环境下的HashMap类应用及源码分析] 看源码了解HashMap的扩容机制

作者主页：青花锁 简介：Java领域优质创作者、Java微服务架构公号作者、CSDN博客专家
简历模板、学习资料、面试题库、技术互助

文末获取联系方式

系列文章目录

[Java基础] StringBuffer 和 StringBuilder 类应用及源码分析
[Java基础] 数组应用及源码分析
[Java基础] String，分析内存地址，源码
[JDK8环境下的HashMap类应用及源码分析] 第一篇 空构造函数初始化
[JDK8环境下的HashMap类应用及源码分析] 第二篇 看源码了解HashMap的扩容机制

---

---

效果展示

map里的元素数量:0
初始化阶段，threshold是 int类型的默认值0，此时的map下一次触发扩容的阈值:0
map下一次触发扩容的真实阈值比率:0.75
map的容量:16
------------------------------------
map里的元素数量:1
map下一次触发扩容的阈值:12
map下一次触发扩容的真实阈值比率:0.75
map的容量:16
------------------------------------
map里的元素数量:11
map下一次触发扩容的阈值:12
map下一次触发扩容的阈值比率:0.75
map的容量:16
------------------------------------
map里的元素数量:12
map下一次触发扩容的阈值:12
map下一次触发扩容的阈值比率:0.75
map的容量:16
------------------------------------
map里的元素数量:13
map下一次触发扩容的阈值:24
map下一次触发扩容的阈值比率:0.75
map的容量:32
------------------------------------

	public static void main(String[] args) throws NoSuchMethodException, NoSuchFieldException, InvocationTargetException, IllegalAccessException {

        HashMap map = new HashMap<>();

        //获取HashMap整个类
        Class<?> hashMapClszz = map.getClass();
        //获取指定属性，也可以调用getDeclaredFields()方法获取属性数组
        Field threshold =  hashMapClszz.getDeclaredField("threshold");
        //将目标属性设置为可以访问
        threshold.setAccessible(true);

        Field loadFactor = hashMapClszz.getDeclaredField("loadFactor");
        loadFactor.setAccessible(true);

        //获取指定方法，因为HashMap没有容量这个属性，但是capacity方法会返回容量值
        Method capacity = hashMapClszz.getDeclaredMethod("capacity");
        //设置目标方法为可访问
        capacity.setAccessible(true);

        //打印刚初始化的HashMap的元素数量、阈值、容量
        System.out.println("map里的元素数量:" +  map.size() );
        System.out.println("初始化阶段，threshold是 int类型的默认值0，此时的map下一次触发扩容的阈值:" +  threshold.get(map) );
        System.out.println("map下一次触发扩容的真实阈值比率:" +  loadFactor.get(map) );
        System.out.println("map的容量:" +  capacity.invoke(map) );

        System.out.println("------------------------------------");
        map.put(100 , 100);
        System.out.println("map里的元素数量:" +  map.size() );
        System.out.println("map下一次触发扩容的阈值:" +  threshold.get(map) );
        System.out.println("map下一次触发扩容的真实阈值比率:" +  loadFactor.get(map) );
        System.out.println("map的容量:" +  capacity.invoke(map) );
        
        System.out.println("------------------------------------");

        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            map.put(i , i);
        }
        System.out.println("map里的元素数量:" +  map.size() );
        System.out.println("map下一次触发扩容的阈值:" +  threshold.get(map) );
        System.out.println("map下一次触发扩容的阈值比率:" +  loadFactor.get(map) );
        System.out.println("map的容量:" +  capacity.invoke(map) );
        System.out.println("------------------------------------");

        map.put(12 , 12);
        System.out.println("map里的元素数量:" +  map.size() );
        System.out.println("map下一次触发扩容的阈值:" +  threshold.get(map) );
        System.out.println("map下一次触发扩容的阈值比率:" +  loadFactor.get(map) );
        System.out.println("map的容量:" +  capacity.invoke(map) );
        System.out.println("------------------------------------");

        map.put(13 , 13);
        System.out.println("map里的元素数量:" +  map.size() );
        System.out.println("map下一次触发扩容的阈值:" +  threshold.get(map) );
        System.out.println("map下一次触发扩容的阈值比率:" +  loadFactor.get(map) );
        System.out.println("map的容量:" +  capacity.invoke(map) );
        System.out.println("------------------------------------");

    }

1、步骤拆解

• 使用空构造函数实例化HashMap
• 使用Java的反射机制，去获取threshold 、 loadFactor 、capacity值
• 打印刚初始化的HashMap的元素数量、阈值、容量
• 添加1条数据之后打印HashMap的元素数量、阈值、容量
• 添加到11条数据之后打印HashMap的元素数量、阈值、容量
• 添加到12条数据之后打印HashMap的元素数量、阈值、容量
• 添加到13条数据之后打印HashMap的元素数量、阈值、容量

2、使用空构造函数实例化HashMap

备注：HashMap也提供有参的构造函数，可以修改loadFactor等

     HashMap map = new HashMap<>();

我们在这里创建一个HashMap对象

3、使用Java的反射机制，去获取threshold 、 loadFactor 、capacity值

查看HashMap源代码，有threshold、loadFactor属性，有capacity、loadFactor方法。后续的loadFactor我们就直接使用属性，代码也只截取了属性

	/**
     * The next size value at which to resize (capacity * load factor).
     *
     * @serial
     */
    // (The javadoc description is true upon serialization.
    // Additionally, if the table array has not been allocated, this
    // field holds the initial array capacity, or zero signifying
    // DEFAULT_INITIAL_CAPACITY.)
    int threshold;

    /**
     * The load factor for the hash table.
     *
     * @serial
     */
    final float loadFactor;

	final int capacity() {
        return (table != null) ? table.length :
            (threshold > 0) ? threshold :
            DEFAULT_INITIAL_CAPACITY;
    }

	  //获取HashMap整个类
      Class<?> hashMapClszz = map.getClass();
      //获取指定属性，也可以调用getDeclaredFields()方法获取属性数组
      Field threshold =  hashMapClszz.getDeclaredField("threshold");
      //将目标属性设置为可以访问
      threshold.setAccessible(true);

      Field loadFactor = hashMapClszz.getDeclaredField("loadFactor");
      loadFactor.setAccessible(true);

      //获取指定方法，因为HashMap没有容量这个属性，但是capacity方法会返回容量值
      Method capacity = hashMapClszz.getDeclaredMethod("capacity");
      //设置目标方法为可访问
      capacity.setAccessible(true);

4、打印刚初始化的HashMap的元素数量、阈值、容量

• 通过第3节反射获取的2个属性和1个方法，可以打印出实例化对象里属性值和方法返回结果；
• 在操作Field、Method之前，需要设置Field、Method的权限为可访问

	//属性的语法
    Field.get(实例化对象)
	
	//方法的语法
    Method.invoke(实例化对象)

4.1、代码和结果

	 //打印刚初始化的HashMap的元素数量、阈值、容量
     System.out.println("map里的元素数量:" +  map.size() );
     System.out.println("初始化阶段，threshold是 int类型的默认值0，此时的map下一次触发扩容的阈值:" +  threshold.get(map) );
     System.out.println("map下一次触发扩容的真实阈值比率:" +  loadFactor.get(map) );
     System.out.println("map的容量:" +  capacity.invoke(map) );
     System.out.println("------------------------------------");

结果：

map里的元素数量:0
初始化阶段，threshold是 int类型的默认值0，此时的map下一次触发扩容的阈值:0
map下一次触发扩容的真实阈值比率:0.75
map的容量:16
------------------------------------

4.2、查看空构造函数源代码

查看空构造函数源代码，看看做了哪些操作

• loadFactor赋值 0.75（下一次触发扩容的真实阈值比率）
• threshold（在Java里int的默认值是0）
• size（在Java里int的默认值是0）
• table未赋值，为null

    /**
     * Constructs an empty HashMap with the default initial capacity
     * (16) and the default load factor (0.75).
     */
    public HashMap() {
        this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR; // all other fields defaulted
    }

    /**
     * The load factor used when none specified in constructor.
     */
    static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;
    
    int threshold;
    final float loadFactor;
    transient int size;
    transient Node<K,V>[] table;

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

4.3、map.size()

见4.2，size此时值为0

    /**
     * Returns the number of key-value mappings in this map.
     *
     * @return the number of key-value mappings in this map
     */
    public int size() {
        return size;
    }

4.4、threshold.get(map)

见4.2，threshold此时值为0

4.5、loadFactor.get(map)

见4.2，loadFactor此时值为0.75

4.6、capacity.invoke(map)

见4.2，table此时=null，threshold=0，DEFAULT_INITIAL_CAPACITY=16
三元运算此时结果为16

	final int capacity() {
        return (table != null) ? table.length :
            (threshold > 0) ? threshold :
            DEFAULT_INITIAL_CAPACITY;
    }

5、添加1条数据之后打印HashMap的元素数量、阈值、容量

	 map.put(100 , 100);
     System.out.println("map里的元素数量:" +  map.size() );
     System.out.println("map下一次触发扩容的阈值:" +  threshold.get(map) );
     System.out.println("map下一次触发扩容的真实阈值比率:" +  loadFactor.get(map) );
     System.out.println("map的容量:" +  capacity.invoke(map) );
     System.out.println("------------------------------------");

结果：

map里的元素数量:1
map下一次触发扩容的阈值:12
map下一次触发扩容的真实阈值比率:0.75
map的容量:16
------------------------------------

5.1、查看map.put(100 , 100)源码

 /**
     * Associates the specified value with the specified key in this map.
     * If the map previously contained a mapping for the key, the old
     * value is replaced.
     *
     * @param key key with which the specified value is to be associated
     * @param value value to be associated with the specified key
     * @return the previous value associated with key, or
     *         null if there was no mapping for key.
     *         (A null return can also indicate that the map
     *         previously associated null with key.)
     */
    public V put(K key, V value) {
        return putVal(hash(key), key, value, false, true);
    }

5.1.1、对key做哈希

	static final int hash(Object key) {
        int h;
        return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
    }

5.1.2、调用putVal方法

入参 key哈希、key、value、onlyIfAbsent、evict（最后2个参数忽略）

• size++ 在putVal里触发一次，此时值为1
• table为null，触发resize()
• threshold在resize()里变更为12，table的长度赋值16

	 newCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY;
     newThr = (int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY);
     threshold = newThr;
     @SuppressWarnings({"rawtypes","unchecked"})
     Node<K,V>[] newTab = (Node<K,V>[])new Node[newCap];
     table = newTab;

• loadFactor不变

 /**
     * Implements Map.put and related methods.
     *
     * @param hash hash for key
     * @param key the key
     * @param value the value to put
     * @param onlyIfAbsent if true, don't change existing value
     * @param evict if false, the table is in creation mode.
     * @return previous value, or null if none
     */
    final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,
                   boolean evict) {
        Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, i;
        if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
            n = (tab = resize()).length;
        if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
            tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
        else {
            Node<K,V> e; K k;
            if (p.hash == hash &&
                ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                e = p;
            else if (p instanceof TreeNode)
                e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
            else {
                for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
                    if ((e = p.next) == null) {
                        p.next = newNode(hash, key, value, null);
                        if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st
                            treeifyBin(tab, hash);
                        break;
                    }
                    if (e.hash == hash &&
                        ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                        break;
                    p = e;
                }
            }
            if (e != null) { // existing mapping for key
                V oldValue = e.value;
                if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
                    e.value = value;
                afterNodeAccess(e);
                return oldValue;
            }
        }
        ++modCount;
        if (++size > threshold)
            resize();
        afterNodeInsertion(evict);
        return null;
    }

 	/**
     * Initializes or doubles table size.  If null, allocates in
     * accord with initial capacity target held in field threshold.
     * Otherwise, because we are using power-of-two expansion, the
     * elements from each bin must either stay at same index, or move
     * with a power of two offset in the new table.
     *
     * @return the table
     */
    final Node<K,V>[] resize() {
        Node<K,V>[] oldTab = table;
        int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length;
        int oldThr = threshold;
        int newCap, newThr = 0;
        if (oldCap > 0) {
            if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) {
                threshold = Integer.MAX_VALUE;
                return oldTab;
            }
            else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY &&
                     oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)
                newThr = oldThr << 1; // double threshold
        }
        else if (oldThr > 0) // initial capacity was placed in threshold
            newCap = oldThr;
        else {               // zero initial threshold signifies using defaults
            newCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY;
            newThr = (int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY);
        }
        if (newThr == 0) {
            float ft = (float)newCap * loadFactor;
            newThr = (newCap < MAXIMUM_CAPACITY && ft < (float)MAXIMUM_CAPACITY ?
                      (int)ft : Integer.MAX_VALUE);
        }
        threshold = newThr;
        @SuppressWarnings({"rawtypes","unchecked"})
        Node<K,V>[] newTab = (Node<K,V>[])new Node[newCap];
        table = newTab;
        if (oldTab != null) {
            for (int j = 0; j < oldCap; ++j) {
                Node<K,V> e;
                if ((e = oldTab[j]) != null) {
                    oldTab[j] = null;
                    if (e.next == null)
                        newTab[e.hash & (newCap - 1)] = e;
                    else if (e instanceof TreeNode)
                        ((TreeNode<K,V>)e).split(this, newTab, j, oldCap);
                    else { // preserve order
                        Node<K,V> loHead = null, loTail = null;
                        Node<K,V> hiHead = null, hiTail = null;
                        Node<K,V> next;
                        do {
                            next = e.next;
                            if ((e.hash & oldCap) == 0) {
                                if (loTail == null)
                                    loHead = e;
                                else
                                    loTail.next = e;
                                loTail = e;
                            }
                            else {
                                if (hiTail == null)
                                    hiHead = e;
                                else
                                    hiTail.next = e;
                                hiTail = e;
                            }
                        } while ((e = next) != null);
                        if (loTail != null) {
                            loTail.next = null;
                            newTab[j] = loHead;
                        }
                        if (hiTail != null) {
                            hiTail.next = null;
                            newTab[j + oldCap] = hiHead;
                        }
                    }
                }
            }
        }
        return newTab;
    }

6、添加到11条数据之后打印HashMap的元素数量、阈值、容量

	 for (int i = 0; i < 10; i++) {
        map.put(i , i);
     }
     System.out.println("map里的元素数量:" +  map.size() );
     System.out.println("map下一次触发扩容的阈值:" +  threshold.get(map) );
     System.out.println("map下一次触发扩容的阈值比率:" +  loadFactor.get(map) );
     System.out.println("map的容量:" +  capacity.invoke(map) );
     System.out.println("------------------------------------");

结果：

map里的元素数量:11
map下一次触发扩容的阈值:12
map下一次触发扩容的阈值比率:0.75
map的容量:16
------------------------------------

6.1、调用map.put 10次

• size++ 在putVal里触发10次，此时值为1 + 10 = 11
• table不为null，且元素数量为11，11<=12 为 true , 不触发resize()
• threshold不变，还是12
• table的长度不变，还是16

7、添加到12条数据之后打印HashMap的元素数量、阈值、容量

     map.put(12 , 12);
     System.out.println("map里的元素数量:" +  map.size() );
     System.out.println("map下一次触发扩容的阈值:" +  threshold.get(map) );
     System.out.println("map下一次触发扩容的阈值比率:" +  loadFactor.get(map) );
     System.out.println("map的容量:" +  capacity.invoke(map) );
     System.out.println("------------------------------------");

结果：

map里的元素数量:12
map下一次触发扩容的阈值:12
map下一次触发扩容的阈值比率:0.75
map的容量:16
------------------------------------

7.1、调用map.put 1次

• size++ 在putVal里触发10次，此时值为11 + 1 = 12
• table不为null，且元素数量为11，11<=12 为 true , 不触发resize()
• threshold不变，还是12
• table的长度不变，还是16

8、添加到13条数据之后打印HashMap的元素数量、阈值、容量

     map.put(13 , 13);
     System.out.println("map里的元素数量:" +  map.size() );
     System.out.println("map下一次触发扩容的阈值:" +  threshold.get(map) );
     System.out.println("map下一次触发扩容的阈值比率:" +  loadFactor.get(map) );
     System.out.println("map的容量:" +  capacity.invoke(map) );
     System.out.println("------------------------------------");

结果：

map里的元素数量:13
map下一次触发扩容的阈值:24
map下一次触发扩容的阈值比率:0.75
map的容量:32
------------------------------------

8.1、调用map.put 1次

• size++ 在putVal里触发10次，此时值为12 + 1 = 13
• table不为null，且元素数量为11，13 <=12 为 false , 触发resize()
• capacity、table长度的在原基础上*2，,此时capacity、table长度为32
• threshold= table.length * loadFactor = 32 * 0.75 = 24 , 此时threshold值为24

关键字

1. capacity：HashMap的容量，即哈希表中桶的数量。在创建HashMap时，可以指定初始容量，如果不指定，默认为16。当哈希表中的元素数量达到容量的75%时，会触发扩容操作。

2. threshold：HashMap的阈值，即哈希表中元素数量的上限。当哈希表中元素数量达到阈值时，会触发扩容操作。阈值的计算公式为：threshold = capacity * loadFactor。其中，loadFactor是负载因子，它的默认值为0.75。

3. size：HashMap中元素的数量。当向HashMap中添加元素时，size会自动增加；当从HashMap中删除元素时，size会自动减少。

4. modCount：HashMap的修改次数。当向HashMap中添加或删除元素时，modCount会自动增加。在迭代HashMap时，如果发现modCount发生变化，则会抛出ConcurrentModificationException异常，防止在迭代过程中修改HashMap导致数据不一致的问题。

相关项目实现推荐：

查看更多博主首页更多实战项目 >>>

大家点赞、收藏、关注、评论啦 、查看微信公众号获取联系

WX：biancheng2019

精彩专栏推荐：

构建SpringCloud alibaba项目

Vue3实战

构建SpringBoot 项目

JavaScript小游戏

Java基础

博物馆管理系统实战