最新JDK8HashMap實作過程源碼分析

小編道行也沒那麼深，就用最通俗易懂的方式，來解釋hashmap實作原理。本文基于JDK8分析HashMap()，我們從源碼出發将主要分析讨論如下的幾個知識點：

1. HashMap的特點是什麼？以及它的使用場景
2. HashMap的資料結構？
3. HashMap的工作原理是什麼？
4. equals和hashCode都有什麼作用？
5. 重寫equals()為什麼一定要重寫hashCode()？
6. HashMap裡面的table數組為什麼是2的N次方？

1、感覺HashMap

 我們首先進行如下操作：

HashMap<String, Integer> map = new HashMap<String, Integer>();
map.put("國文", 1);
map.put("數學", 2);
map.put("英語", 3);
map.put("曆史", 4);
map.put("政治", 5);
map.put("地理", 6);
map.put("生物", 7);
map.put("化學", 8);
for(Entry<String, Integer> entry : map.entrySet()) {
    System.out.println(entry.getKey() + ": " + entry.getValue());
}
           

接着利用debug模式，從資料結構上認知HashMap，循序漸進

以下是JDK8中HashMap的資料結構源碼：

/**
     * The table, initialized on first use, and resized as
     * necessary. When allocated, length is always a power of two.
     * (We also tolerate length zero in some operations to allow
     * bootstrapping mechanics that are currently not needed.)
    表，在首次使用時初始化，并根據需要調整大小。當配置設定時，長度總是2的幂。
     */
    transient Node<K,V>[] table;

/**
     * Basic hash bin node, used for most entries.  (See below for
     * TreeNode subclass, and in LinkedHashMap for its Entry subclass.)
        基本的哈希bin節點，用于大多數條目（内部類）
     */
    static class Node<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
        final int hash;
        final K key;
        V value;
        Node<K,V> next;

        Node(int hash, K key, V value, Node<K,V> next) {
            this.hash = hash;
            this.key = key;
            this.value = value;
            this.next = next;
        }
    }
           

2、HashMap的兩個重要參數

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

    static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;

capacity就是初始化table時的數組容量，load factor指table的填充比例；當我們對疊代性能要求比較高時，我們首先不能把capacity設定的太大；同時load factor不要超過0.75，否則會明顯增加沖突幾率，降低HashMap性能

負載因子 * 容量 > 元素數量（put進去的元素個數）時，就需要調整容量（table的長度）為原來的2倍

3、HashMap的put（Key k，Value v）的原理

在分析源碼之前，我們先看看大體思路：

 1）當在第一次put時，先對table初始化，通過hash計算得到存放位置table[i]，存放。

 2）當再次put時，同樣經過hash計算得到位置，則采用連結清單法解決沖突，存放在相同位置的next區域

3）在JDK8中設定了連結清單的預設門檻值為8，如果超過這個值，則進行樹化

4）如果節點已經存在就替換old value(保證key的唯一性)

5）如果bucket滿了(超過load factor*current capacity)，就要resize，變為原來2倍

面試題：解釋HashMap的原理，資料量增大時，

     在資料量小的時候，HashMap是按照連結清單的模式存儲的。當資料量變大之後，為了進行快速的查找，會将這個連結清單變成紅黑樹（均衡二叉樹），用hash碼作為資料的定位來進行儲存。

具體實作代碼如下：

public V put(K key, V value) {
    // 對key的hashCode()做hash
    return putVal(hash(key), key, value, false, true);
}
final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,
               boolean evict) {
    Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, i;
    // tab為空則建立
    if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
        n = (tab = resize()).length;
    // 計算index得出存放的位置，并對null做處理
    if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
        tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
    else {
        Node<K,V> e; K k;
        // 節點存在
        if (p.hash == hash &&
            ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
            e = p;
        // 該鍊為樹
        else if (p instanceof TreeNode)
            e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
        // 該鍊為連結清單，循環此單連結清單，插入或者更新連結清單
        else {
            for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
                if ((e = p.next) == null) {
                    p.next = newNode(hash, key, value, null);
                    //當連結清單長度超過預設門檻值，進行樹化
                    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;
            }
        }
        // 寫入
        if (e != null) { // existing mapping for key
            V oldValue = e.value;
            if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
                e.value = value;
            afterNodeAccess(e);
            return oldValue;
        }
    }
    ++modCount;
    // 超過load factor*current capacity，resize()
    if (++size > threshold)
        resize();
    afterNodeInsertion(evict);
    return null;
}
           

4、get函數的實作

大緻思路如下：

1. bucket裡的第一個節點，直接命中；

2. 如果有沖突，則通過key.equals(k)去查找對應的entry

   若為樹，則在樹中通過key.equals(k)查找，O(logn)；

   若為連結清單，則在連結清單中通過key.equals(k)查找，O(n)。

public V get(Object key) {
    Node<K,V> e;
    return (e = getNode(hash(key), key)) == null ? null : e.value;
}
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) {
        // 直接命中
        if (first.hash == hash && // always check first node
            ((k = first.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
            return first;
        // 未命中
        if ((e = first.next) != null) {
            // 在樹中get
            if (first instanceof TreeNode)
                return ((TreeNode<K,V>)first).getTreeNode(hash, key);
            // 在連結清單中get
            do {
                if (e.hash == hash &&
                    ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                    return e;
            } while ((e = e.next) != null);
        }
    }
    return null;
}
           

為了避免篇幅過長，關于table的長度為什麼必須是2的N次方，hash函數的實作以及對開始問題的回答，在下篇部落格進行分析，請轉最新JDK8HashMap實作原理（二）

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