HashMap源码解析

java.util.HashMap

public class HashMap extends AbstractMap implements Map, Cloneable, Serializable

本质是一个Entry[]数组（哈希桶数组），用Key的哈希值对桶数组size取模可得到数组下标。若数组下标碰撞，进化为链表或红黑树。

一.基本概念

基于Map接口实现、允许null键/值、非同步、不保证有序(插入的顺序)、也不保证序不随时间变化

• 每个结构体包括：hash、key、next、value
• 容量Capacity：buckets的数目（hashmap能装载的最大个数）
• 负载因子Load factor：就是buckets填满程度的最大比例
• 当bucket填充的数目（即hashmap当前元素个数）大于capacity*load factor时就需要调整buckets的数目为当前的2倍

1.1 结构体

    static class Node implements Map.Entry {
        final int hash;
        final K key;
        V value;
        Node next;
        ...
    }

1.2 容量

static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; // aka 16

static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;

static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;

二.put函数的实现

• 对key的hashCode()做hash，然后再计算index;
• 如果没碰撞直接放到bucket里；碰撞则分3种情况
• 如果节点已经存在就替换old value(保证key的唯一性)
• 如果碰撞了，以链表的形式存在buckets后；
• 如果碰撞导致链表过长(大于等于TREEIFY_THRESHOLD)，就把链表转换成红黑树；
• 放入节点后，判断若bucket满了(超过load factor*current capacity)，就要resize
• 访问或插入节点后的afterNodeAccess/afterNodeInsertion给LinkedHashMap继承用的

public V put(K key, V value) {
        return putVal(hash(key), key, value, false, true);
}

//1.无碰撞直接放入
if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
    tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
//2.碰撞有3种情况
//2.1 key值存在，替换value
if (p.hash == hash && ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
    e = p;
//2.2 计算出的节点为树，则控制树
else if (p instanceof TreeNode)
                e = ((TreeNode)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
//2.3 计算出的节点为链表，则控制链表
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;
                }

三.get函数的实现

• bucket里的第一个节点，直接命中；
• 如果有冲突，则通过key.equals(k)去查找对应的entry
• 若为树，则在树中通过key.equals(k)查找，O(logn)；
• 若为链表，则在链表中通过key.equals(k)查找，O(n)

四.hash函数实现

• 高16bit不变，低16bit和高16bit做了一个异或
• 从速度、功效、质量考虑，在bucket的n比较小的时候，也能保证高低bit都参与到hash的计算中，同时不会有太大的开销

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

因为table长度n为2的幂，故计算下标的时候使用&位操作，而非%求余：

first = tab[(n - 1) & hash]

五.resize函数实现

• resize，即把bucket扩充为2倍，然后把节点再放到新的bucket中
• 把节点放到新bucket时，不需要重新计算hash，只需看原来的hash值新增的那个bit是1还是0，是0的话索引没变，是1的话索引变成原索引+oldCap
• 既省去重新计算hash值的时间，同时由于新增的1bit是0还是1可以认为是随机的，因此resize的过程，均匀的把之前的冲突的节点分散到新的bucket了

六.线程安全

HashMap线程不安全，多线程场景解决方案：

• Map m = Collections.synchronizeMap(hashMap)
• JDK1.5提供了ConcurrentHashMap
• Hashtable（已过时，不推荐）