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HashMap源码（JDK1.8）

概念

HashMap存储数据的方式为key-value键值对的方式。在JDK1.8之前，HashMap采用数组+链表的方式存储数据。在JDK1.8版本，HashMap使用数组+链表+红黑树的方式存储数据。结构如图：

HashMap源码（JDK1.8）

图片来源：https://blog.csdn.net/panweiwei1994/article/details/77244920

层次结构 

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

HashMap继承了AbstractMap类，实现了Map接口、Cloneable接口和Serializable 接口。根据API解释，可以知道HashMap有如下的特性：

  • 允许存在空值和空键。
  • HashMap并不是同步的。（Hashtable是同步的）
  • 不保证数据存储的顺序。
  • 初始容量和加载因子是影响HashMap性能的两个重要参数。
  • 当哈希表中的数目超过初始容量和加载因子的乘积时，哈希表会扩容到之前的大约两倍。
  • HashMap返回的迭代器是快速失败的。

AbstractMap：AbstractMap实现了Map接口，实现了Map接口的方法，这样HashMap减少不必要的实现Map接口所需的工作量。

Map：实现Map接口可以提供Map提供的所有功能。

Cloneable, Serializable：Cloneable接口可以让HashMap实现浅克隆机制。Serializable接口可以让HashMap序列化。

属性

默认的初始化容量为16（必须是2的n次幂）：

static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4;

最大容量。必须是2的幂<= 1 << 30。

static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;

默认的加载因子：

static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;

将链表转化为红黑树的阈值：

static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8;

将树回复成链表的阀值：

static final int UNTREEIFY_THRESHOLD = 6;

容器可以树化的最小表容量。（否则，如果容器中的节点太多，则会调整表的大小。）应该至少为4 * TREEIFY_THRESHOLD以避免调整大小和树化阈值之间的冲突。

static final int MIN_TREEIFY_CAPACITY = 64;

存储键值对的数组，该表在首次使用时初始化，并根据需要调整大小。 分配时，长度总是2的幂。

transient Node<K,V>[] table;

缓存键值对的Set

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

键值对映射的数量：

transient int size;

HashMap被修改结构的次数：

transient int modCount;

要调整大小的下一个大小值（capacity * load factor）。

int threshold;

加载因子的值：

final float loadFactor;

构造方法部分 

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

无参构造方法，将加载因子设置成默认的大小，构造一个空的HashMap。

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

使用指定的initialcapacity和默认加载因子（0.75）构造一个空的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构造一个空的HashMap。

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

构造一个新的HashMap，其映射与指定的Map相同。 使用默认加载因子（0.75）创建HashMap，并且初始容量足以保留指定Map中的映射。

常用方法介绍

get(Object key)

根据key，返回对应的value值，如果不存在，返回null，但是返回null并不一定表示不存在这个key，也有可能value本身就是null值。源码如下：

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

创建一个节点变量e，如果e是null，则返回null，否则返回e的value值。

hash(key)：

简单的说就是计算key的哈希值。，源码如下：

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

设置一个临时变量h，如果key是null，则返回0，否则返回(h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16)。

(h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16)表示用h与h的高16位异或（相同为0，不同为1）。这个值作为hash的返回值。

getNode(hash(key), key))：

将hash(key)的返回值作为getNode方法的第一个参数，key作为第二个参数。getNode源码：

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;
    }

定义了一批变量。然后做if判断，(tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 表示如果tab数组不是空的，(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）。

符合第一个if条件则进入到if里，接续做判断：first.hash==hash表示如果key的hash值和桶中第一个节点的hash值相同，并且：((k = first.key) == key || (key != null && key.equals(k)))，即第一个节点key和传入的key相同，则直接返回第一个节点。

如果和桶中第一个节点不同，判断(e = first.next) != null，即判断第一个节点是否有后驱节点。如果没有，返回null值，如果有，判断节点是不是红黑树结构，是的话，使用getTreeNode红黑树的方法返回该节点，否则，桶采用的是链表的结构，遍历链表，找到和key相同的节点，没有找到，返回null。

put(K key, V value)方法：

将指定的值与此映射中的指定键相关联。如果映射先前包含键的映射，则替换旧值。

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

hash(key)表示计算改key的哈希值，然后调用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;
    }

参数解释：

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已经存在，也不替换其value

boolean evict：evict如果为false，则表处于创建模式。

逐行解读：

定义了一些变量 Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, i;

如果数据tab是空的，则n的值为tab resize()方法之后的长度。 resize()方法用于初始化或加倍表格大小。源码稍后解读。

**if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)**是说，如果传进来的hash值，在对应的桶上没有发生碰撞，那么直接将键值对放在这个地方。否则就是发生了碰撞，if (p.hash == hash && ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) 表示如果发生了碰撞，并且桶中第一个节点的就和传进来的key相匹配，那么记录下这个节点，保存为e。如果第一个节点没有匹配上，而且桶中的结构为红黑树，那么使用红黑树的方式将key,value插入到树中。否则桶内的节点为链表结构，遍历链表，找到链表的最后一个节点，将节点放在链表的最后，if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1)，如果达到了编程红黑树的这个临界值，将链表转换为红黑树结构。if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))，如果找到了相同的key，跳出循环。如果key映射的节点不是null，这记录原来的value的值，根据onlyIfAbsent的值，判断是否替换原来的value值。afterNodeAccess(e); 解释为：回调允许LinkedHashMap后期操作，然后返回旧的value值。最后就是记录修改结构的次数、是否需要扩容，然后回调工作。

resize()方法：

resize()方法用于表的扩容。根据API描述，扩容方式为二次幂扩展，所以来自每个bin的元素必须保持在相同的索引处，或者在新表中以2的偏移量移动。具体的源码：

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;
    }

定义一个节点数组：oldTab ，记录oldTab的长度为oldCap ，oldThr 存储扩容前的临界值（capacity * load factor），如果扩容前的容量oldCap 大于0，并且大于等于MAXIMUM_CAPACITY最大值，那么就将容量扩大到Integer.MAX_VALUE这个值，返回原节点数组。如果原来容量oldCap2小于MAXIMUM_CAPACITY这个最大值，并且oldCap大于DEFAULT_INITIAL_CAPACITY默认的初始值，那么改变临界值变为原来的2倍，newCap为oldCap2。如果原来的容量oldCap小于等于0，但是临界值oldThr大于0，newCap保存原来的临界值，如果原来的容量小于等于0并且原来的临界值也小于等于0，那么新的容量newCap为默认的容量DEFAULT_INITIAL_CAPACITY，新的临界值为DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY即默认加载因子乘以默认容量。当newThr == 0时（else if (oldThr > 0)这个条件时，newThr 是0），确认真正的临界值。后边是扩容后的节点存放操作。

remove(Object key)方法：

从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;
    }

调用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;
    }

如果节点数组是空的，返回null，否则，判断节点数组即桶的第一个节点是否匹配，是就将改节点返回。不是，继续向下找，如果是红黑树结构，使用红黑树方式找到改节点，否则遍历链表找到该节点，如果节点不是null，要么使用红黑树删除该节点，要么从链表结构中删除该节点，记录修改结构次数，减少hashmap的大小，返回该节点。remove方法接收改节点，返回节点的value值。

java基础 hashmap源码 jdk1.8
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