HashMap源码分析
最近一直特别忙,好不容易闲下来了。准备把HashMap的知识总结一下，很久以前看过HashMap源码。一直想把集合类的知识都总结一下，加深自己的基础。我觉的java的集合类特别重要，能够深刻理解和应用这些集合类能够让自己写的程序上一步台阶。
本文主要根据自己学习与使用HashMap来解析HashMap的源码，深入到HashMap的内部结构和实现，增强自己的基础知识。同时会借鉴网上的相关资料，深入理解HashMap.
HashMap的内部存储结构
一提到HashMap我们就知道键值对，即一个键对应一个值。可能我们经常会使用HashMap,但是并不关注里面的内部实现。今天我们就来学习一下HashMap的内部实现。
HashMap是一种以键值对存储数据的容器，每个对象在java中都会有一个hashCode,HashMap正是借每个对象的HashCode来组织键值对的存储，因为HashCode的特性，使得HashMap以非常快速和高效地地根据键值key进行数据的存取。键值对的具体实现在HashMap内部会封装成一个Entry[] table，Entry[] table是键值对的表现形式。下图为HashMap的存储结构。HashMap中Value可以相同，但是键不可以相同.
上图可以看出来HashMap是数组＋链表的存储结构，数组的每一个元素是一个链表的表头。这样的结构能够综合2个经常使用的数据结构的特点，数组查找、遍历快，链表增加、删除快。
HashMap的属性
static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 16;//默认初始化加载容量，即table数组的长度。
static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;//最大的容量。1左移30位，2的30次方：1073741824
static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;//默认加载因子为0.75
transient Entry[] table;//table数组，上图的黄色部分。Entry为蓝色部分
transient int size;//HashMap存储元素的数量。
int threshold;//阀值 table的长度*加载因子（默认wei0.75）
final float loadFactor;//加载因子
transient volatile int modCount;//修改次数
注：如果用transient声明一个实例变量，当对象存储时，它的值不需要维持。换句话来说就是，用transient关键字标记的成员变量不参与序列化过程。
volatile为同步变量，保证每次都读取的值是最新的。
HashMap的构造方法
public HashMap() {//最常用的改造方法
this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR;//默认加载因子，0.75
threshold = (int)(DEFAULT_INITIAL_CAPACITY * DEFAULT_LOAD_FACTOR);//阀值 默认的容量*加载英子。12
table = new Entry[DEFAULT_INITIAL_CAPACITY];//table数组的默认为16，容量为16，切记容量不等于HashMap存储的元素数量，容易混淆。
init();//初始化方法，里面是个空
}
默认的构造方法开辟16个大小的空间。还有另外一个构造方法我们使用的比较少，当你觉的默认的HashMap的存储空间浪费时（容量达到3/4时HashMap就会调用resize扩大为原来的2倍），可以使用下面一个。
public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {//初始化容量，加载因子
if (initialCapacity < 0)//容量不能小于0
throw new IllegalArgumentException("Illegal initial capacity: " +
initialCapacity);
if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY)//大于允许最大的容量时，设置未最大值
initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY;
if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor))//加载因子小于大于0或者不是数字的时候，报非法加载因子异常
throw new IllegalArgumentException("Illegal load factor: " +
loadFactor);
// Find a power of 2 >= initialCapacity
int capacity = 1;
while (capacity < initialCapacity)//实际的开辟的空间要大于传入的第一个参数的值。
capacity <<= 1;//这是一个重点，capacity才是容量。
this.loadFactor = loadFactor;//加载因子设置为传入的值
threshold = (int)(capacity * loadFactor);//阈值
table = new Entry[capacity];//数组
init();
}
此外还有2个构造方法基本上很少用到，感兴趣的可以自己看看。HashMap最重要的方法是put和get方法，下面我们重点看看这2个方法。
HashMap的put方法分析
public V put(K key, V value) {//很熟悉的方法
if (key == null)//如果key==null，直接设置空的
return putForNullKey(value);
int hash = hash(key.hashCode());//获得hash值
int i = indexFor(hash, table.length);//根据hash值找到此键值对应该放在数组的第几个位置。
for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) {//拿到放置该键值对的链表，
Object k;
if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {//如果原来的存在，直接替换值
V oldValue = e.value;
e.value = value;
e.recordAccess(this);
return oldValue;
}
}
modCount++;
addEntry(hash, key, value, i);//不存在就新增
return null;
}
put方法会先判断键是不是空，如果为空就调putForNullKey方法。方法如下：
private V putForNullKey(V value) {
for (Entry<K,V> e = table[0]; e != null; e = e.next) {//获得第一个链表，遍历查找是否原来就存储为null的键值对
if (e.key == null) {//如果存在
V oldValue = e.value;//记录下老的值
e.value = value;//把新值设置进去
e.recordAccess(this);
return oldValue;//返回老值
}
}
modCount++;
addEntry(0, null, value, 0);// Key 为null,则将Entry<null,Value>放置到第一桶table[0]中
return null;
}
计算Hash值的方法如下：
static int hash(int h) {//根据特定的hashcode 重新计算hash值
h ^= (h >>> 20) ^ (h >>> 12);
return h ^ (h >>> 7) ^ (h >>> 4);
}
static int indexFor(int h, int length) {//匹配到具体的桶当中，
return h & (length-1);//相当于int i = hash % Entry[].length;得到i后，就是在Entry数组中的位置
}
整个put方法的流程如下：
- 首先判断键是否为空，如果为空在判断是否已经存在键为空的键值对，存在就更新值，不存在就新增；
- 如果键不为空，则获取这个Key的hashcode值，根据此值确定键值对的存储位置；
- 遍历所在桶中的Entry<Key,Value>链表，查找其中是否已经有了以Key值为Key存储的Entry<Key,Value>对象，若已存在，定位到对应的Entry<Key,Value>,其中的Value值更新为新的Value值；返回旧值；若不存在，则根据键值对<Key,Value> 创建一个新的Entry<Key,Value>对象，然后添加到这个桶的Entry<Key,Value>链表的头部。
- 当前的HashMap的大小(即Entry<key,Value>节点的数目)是否超过了阀值，若超过了阀值(threshold)，则增大 HashMap的容量(即Entry[] table 的大小)，并且重新组织内部各个Entry<Key,Value>排列。
HashMap的get方法分析
public V get(Object key) {
if (key == null)//如果键等于null，调用getForNullKey
return getForNullKey();
int hash = hash(key.hashCode());//获得hash值，
for (Entry<K,V> e = table[indexFor(hash, table.length)];
e != null;
e = e.next) {//indexfor计算存储位置，根据位置遍历链表
Object k;
if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k)))
return e.value;//拿到对应的值
}
return null;
}
如果键等于null，调用getForNullKey
private V getForNullKey() {
for (Entry<K,V> e = table[0]; e != null; e = e.next) {//键为null的键值对存储在数组的第一个元素，
if (e.key == null)//如果存在则返回值
return e.value;
}
return null;//不存在返回null
}
get方法比较简单，比较容易理解。主要流程如下：
- 首先判断键是否为空，如果为空在table[0]中取键为空的键值对，如果不存在为空的则返回null。
- 如果键不为空，则获取这个Key的hashcode值，根据此值确定该键值对的存储位置；
- 遍历所在桶中的Entry<Key,Value>链表，查找其中是否已经有了以Key值为Key存储的Entry<Key,Value>对象，若已存在，定位到对应的Entry<Key,Value>,获得Value值；返回旧值；若不存在，则返回空。
HashMap的总结
本文主要讲了HashMap的存储结构以及基本属性、构造方法，同时分析了比较常用的put和get方法。其他方法请读者自行查看。在看HashMap的源码时，我认为以下几个方面比较重要，能够理解到以下的几点，搞定HashMap基本不成问题。
- HashMap的存储结构，以及为什么要这样进行存储。
- HashMap的各个属性的含义，以及其扩容的策略（扩容算法）。
- Hash值的计算.确定桶的位置。
- HashMap中的value可以相同，键不可以相同。
- HashMap是非线程安全的。
