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HashMap源碼（JDK1.8）

概念

HashMap存儲資料的方式為key-value鍵值對的方式。在JDK1.8之前，HashMap采用數組+連結清單的方式存儲資料。在JDK1.8版本，HashMap使用數組+連結清單+紅黑樹的方式存儲資料。結構如圖：

HashMap源碼（JDK1.8）

圖檔來源：https://blog.csdn.net/panweiwei1994/article/details/77244920

層次結構 

public class HashMap<K,V> extends AbstractMap<K,V>
    implements Map<K,V>, Cloneable, Serializable {

HashMap繼承了AbstractMap類，實作了Map接口、Cloneable接口和Serializable 接口。根據API解釋，可以知道HashMap有如下的特性：

  • 允許存在空值和空鍵。
  • HashMap并不是同步的。（Hashtable是同步的）
  • 不保證資料存儲的順序。
  • 初始容量和加載因子是影響HashMap性能的兩個重要參數。
  • 當哈希表中的數目超過初始容量和加載因子的乘積時，哈希表會擴容到之前的大約兩倍。
  • HashMap傳回的疊代器是快速失敗的。

AbstractMap：AbstractMap實作了Map接口，實作了Map接口的方法，這樣HashMap減少不必要的實作Map接口所需的工作量。

Map：實作Map接口可以提供Map提供的所有功能。

Cloneable, Serializable：Cloneable接口可以讓HashMap實作淺克隆機制。Serializable接口可以讓HashMap序列化。

屬性

預設的初始化容量為16（必須是2的n次幂）：

static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4;

最大容量。必須是2的幂<= 1 << 30。

static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;

預設的加載因子：

static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;

将連結清單轉化為紅黑樹的門檻值：

static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8;

将樹回複成連結清單的閥值：

static final int UNTREEIFY_THRESHOLD = 6;

容器可以樹化的最小表容量。（否則，如果容器中的節點太多，則會調整表的大小。）應該至少為4 * TREEIFY_THRESHOLD以避免調整大小和樹化門檻值之間的沖突。

static final int MIN_TREEIFY_CAPACITY = 64;

存儲鍵值對的數組，該表在首次使用時初始化，并根據需要調整大小。 配置設定時，長度總是2的幂。

transient Node<K,V>[] table;

緩存鍵值對的Set

transient Set<Map.Entry<K,V>> entrySet;

鍵值對映射的數量：

transient int size;

HashMap被修改結構的次數：

transient int modCount;

要調整大小的下一個大小值（capacity * load factor）。

int threshold;

加載因子的值：

final float loadFactor;

構造方法部分 

public HashMap() {
        this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR; // all other fields defaulted
    }

無參構造方法，将加載因子設定成預設的大小，構造一個空的HashMap。

public HashMap(int initialCapacity) {
        this(initialCapacity, DEFAULT_LOAD_FACTOR);
    }

使用指定的initialcapacity和預設加載因子（0.75）構造一個空的HashMap。

public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {
        if (initialCapacity < 0)
            throw new IllegalArgumentException("Illegal initial capacity: " +
                                               initialCapacity);
        if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY)
            initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY;
        if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor))
            throw new IllegalArgumentException("Illegal load factor: " +
                                               loadFactor);
        this.loadFactor = loadFactor;
        this.threshold = tableSizeFor(initialCapacity);
    }

使用指定的initialcapacity和load factor構造一個空的HashMap。

public HashMap(Map<? extends K, ? extends V> m) {
        this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR;
        putMapEntries(m, false);
    }

構造一個新的HashMap，其映射與指定的Map相同。 使用預設加載因子（0.75）建立HashMap，并且初始容量足以保留指定Map中的映射。

常用方法介紹

get(Object key)

根據key，傳回對應的value值，如果不存在，傳回null，但是傳回null并不一定表示不存在這個key，也有可能value本身就是null值。源碼如下：

public V get(Object key) {
        Node<K,V> e;
        return (e = getNode(hash(key), key)) == null ? null : e.value;
    }

建立一個節點變量e，如果e是null，則傳回null，否則傳回e的value值。

hash(key)：

簡單的說就是計算key的哈希值。，源碼如下：

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

設定一個臨時變量h，如果key是null，則傳回0，否則傳回(h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16)。

(h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16)表示用h與h的高16位異或（相同為0，不同為1）。這個值作為hash的傳回值。

getNode(hash(key), key))：

将hash(key)的傳回值作為getNode方法的第一個參數，key作為第二個參數。getNode源碼：

final Node<K,V> getNode(int hash, Object key) {
        Node<K,V>[] tab; Node<K,V> first, e; int n; K k;
        if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 &&
            (first = tab[(n - 1) & hash]) != null) {
            if (first.hash == hash && // always check first node
                ((k = first.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                return first;
            if ((e = first.next) != null) {
                if (first instanceof TreeNode)
                    return ((TreeNode<K,V>)first).getTreeNode(hash, key);
                do {
                    if (e.hash == hash &&
                        ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                        return e;
                } while ((e = e.next) != null);
            }
        }
        return null;
    }

定義了一批變量。然後做if判斷，(tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 表示如果tab數組不是空的，(first = tab[(n - 1) & hash]) != null表示key所定位到的桶也不是空的（(n - 1) & hash]是定位桶的位置）。

符合第一個if條件則進入到if裡，接續做判斷：first.hash==hash表示如果key的hash值和桶中第一個節點的hash值相同，并且：((k = first.key) == key || (key != null && key.equals(k)))，即第一個節點key和傳入的key相同，則直接傳回第一個節點。

如果和桶中第一個節點不同，判斷(e = first.next) != null，即判斷第一個節點是否有後驅節點。如果沒有，傳回null值，如果有，判斷節點是不是紅黑樹結構，是的話，使用getTreeNode紅黑樹的方法傳回該節點，否則，桶采用的是連結清單的結構，周遊連結清單，找到和key相同的節點，沒有找到，傳回null。

put(K key, V value)方法：

将指定的值與此映射中的指定鍵相關聯。如果映射先前包含鍵的映射，則替換舊值。

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

hash(key)表示計算改key的哈希值，然後調用putVal方法。

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;
    }

參數解釋：

int hash：key的哈希值

K key：key

V value：要存放的value

boolean onlyIfAbsent：如果是true，即便key已經存在，也不替換其value

boolean evict：evict如果為false，則表處于建立模式。

逐行解讀：

定義了一些變量 Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, i;

如果資料tab是空的，則n的值為tab resize()方法之後的長度。 resize()方法用于初始化或加倍表格大小。源碼稍後解讀。

**if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)**是說，如果傳進來的hash值，在對應的桶上沒有發生碰撞，那麼直接将鍵值對放在這個地方。否則就是發生了碰撞，if (p.hash == hash && ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) 表示如果發生了碰撞，并且桶中第一個節點的就和傳進來的key相比對，那麼記錄下這個節點，儲存為e。如果第一個節點沒有比對上，而且桶中的結構為紅黑樹，那麼使用紅黑樹的方式将key,value插入到樹中。否則桶内的節點為連結清單結構，周遊連結清單，找到連結清單的最後一個節點，将節點放在連結清單的最後，if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1)，如果達到了程式設計紅黑樹的這個臨界值，将連結清單轉換為紅黑樹結構。if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))，如果找到了相同的key，跳出循環。如果key映射的節點不是null，這記錄原來的value的值，根據onlyIfAbsent的值，判斷是否替換原來的value值。afterNodeAccess(e); 解釋為：回調允許LinkedHashMap後期操作，然後傳回舊的value值。最後就是記錄修改結構的次數、是否需要擴容，然後回調工作。

resize()方法：

resize()方法用于表的擴容。根據API描述，擴容方式為二次幂擴充，是以來自每個bin的元素必須保持在相同的索引處，或者在新表中以2的偏移量移動。具體的源碼：

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;
    }

定義一個節點數組：oldTab ，記錄oldTab的長度為oldCap ，oldThr 存儲擴容前的臨界值（capacity * load factor），如果擴容前的容量oldCap 大于0，并且大于等于MAXIMUM_CAPACITY最大值，那麼就将容量擴大到Integer.MAX_VALUE這個值，傳回原節點數組。如果原來容量oldCap2小于MAXIMUM_CAPACITY這個最大值，并且oldCap大于DEFAULT_INITIAL_CAPACITY預設的初始值，那麼改變臨界值變為原來的2倍，newCap為oldCap2。如果原來的容量oldCap小于等于0，但是臨界值oldThr大于0，newCap儲存原來的臨界值，如果原來的容量小于等于0并且原來的臨界值也小于等于0，那麼新的容量newCap為預設的容量DEFAULT_INITIAL_CAPACITY，新的臨界值為DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY即預設加載因子乘以預設容量。當newThr == 0時（else if (oldThr > 0)這個條件時，newThr 是0），确認真正的臨界值。後邊是擴容後的節點存放操作。

remove(Object key)方法：

從映射中删除指定的映射。

public V remove(Object key) {
        Node<K,V> e;
        return (e = removeNode(hash(key), key, null, false, true)) == null ?
            null : e.value;
    }

調用removeNode方法：

final Node<K,V> removeNode(int hash, Object key, Object value,
                               boolean matchValue, boolean movable) {
        Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, index;
        if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 &&
            (p = tab[index = (n - 1) & hash]) != null) {
            Node<K,V> node = null, e; K k; V v;
            if (p.hash == hash &&
                ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                node = p;
            else if ((e = p.next) != null) {
                if (p instanceof TreeNode)
                    node = ((TreeNode<K,V>)p).getTreeNode(hash, key);
                else {
                    do {
                        if (e.hash == hash &&
                            ((k = e.key) == key ||
                             (key != null && key.equals(k)))) {
                            node = e;
                            break;
                        }
                        p = e;
                    } while ((e = e.next) != null);
                }
            }
            if (node != null && (!matchValue || (v = node.value) == value ||
                                 (value != null && value.equals(v)))) {
                if (node instanceof TreeNode)
                    ((TreeNode<K,V>)node).removeTreeNode(this, tab, movable);
                else if (node == p)
                    tab[index] = node.next;
                else
                    p.next = node.next;
                ++modCount;
                --size;
                afterNodeRemoval(node);
                return node;
            }
        }
        return null;
    }

如果節點數組是空的，傳回null，否則，判斷節點數組即桶的第一個節點是否比對，是就将改節點傳回。不是，繼續向下找，如果是紅黑樹結構，使用紅黑樹方式找到改節點，否則周遊連結清單找到該節點，如果節點不是null，要麼使用紅黑樹删除該節點，要麼從連結清單結構中删除該節點，記錄修改結構次數，減少hashmap的大小，傳回該節點。remove方法接收改節點，傳回節點的value值。

java基礎 hashmap源碼 jdk1.8
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