【死磕 Java 集合】— HashMap源码分析
【死磕 Java 集合】— HashMap源码分析
作者：彤哥
简介
HashMap采用key/value存储结构，每个key对应唯一的value，查询和修改的速度都很快，能达到O(1)的平均时间复杂度。它是非线程安全的，且不保证元素存储的顺序；
继承体系
HashMap实现了Cloneable，可以被克隆。
HashMap实现了Serializable，可以被序列化。
HashMap继承自AbstractMap，实现了Map接口，具有Map的所有功能。
存储结构
在Java中，HashMap的实现采用了（数组 + 链表 + 红黑树）的复杂结构，数组的一个元素又称作桶。
在添加元素时，会根据hash值算出元素在数组中的位置，如果该位置没有元素，则直接把元素放置在此处，如果该位置有元素了，则把元素以链表的形式放置在链表的尾部。
当一个链表的元素个数达到一定的数量（且数组的长度达到一定的长度）后，则把链表转化为红黑树，从而提高效率。
数组的查询效率为O(1)，链表的查询效率是O(k)，红黑树的查询效率是O(log k)，k为桶中的元素个数，所以当元素数量非常多的时候，转化为红黑树能极大地提高效率。
源码解析
属性
/**
* 默认的初始容量为16
*/
static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4;
/**
* 最大的容量为2的30次方
*/
static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;
/**
* 默认的装载因子
*/
static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;
/**
* 当一个桶中的元素个数大于等于8时进行树化
*/
static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8;
/**
* 当一个桶中的元素个数小于等于6时把树转化为链表
*/
static final int UNTREEIFY_THRESHOLD = 6;
/**
* 当桶的个数达到64的时候才进行树化
*/
static final int MIN_TREEIFY_CAPACITY = 64;
/**
* 数组，又叫作桶（bucket）
*/
transient Node<K,V>[] table;
/**
* 作为entrySet()的缓存
*/
transient Set<Map.Entry<K,V>> entrySet;
/**
* 元素的数量
*/
transient int size;
/**
* 修改次数，用于在迭代的时候执行快速失败策略
*/
transient int modCount;
/**
* 当桶的使用数量达到多少时进行扩容，threshold = capacity * loadFactor
*/
int threshold;
/**
* 装载因子
*/
final float loadFactor;（1）容量
容量为数组的长度，亦即桶的个数，默认为16，最大为2的30次方，当容量达到64时才可以树化。
（2）装载因子
装载因子用来计算容量达到多少时才进行扩容，默认装载因子为0.75。
（3）树化
树化，当容量达到64且链表的长度达到8时进行树化，当链表的长度小于6时反树化。
Node内部类
Node是一个典型的单链表节点，其中，hash用来存储key计算得来的hash值。
static class Node<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
final int hash;
final K key;
V value;
Node<K,V> next;
}TreeNode内部类
这是一个神奇的类，它继承自LinkedHashMap中的Entry类，关于LInkedHashMap.Entry这个类我们后面再讲。
TreeNode是一个典型的树型节点，其中，prev是链表中的节点，用于在删除元素的时候可以快速找到它的前置节点。
// 位于HashMap中
static final class TreeNode<K,V> extends LinkedHashMap.Entry<K,V> {
TreeNode<K,V> parent; // red-black tree links
TreeNode<K,V> left;
TreeNode<K,V> right;
TreeNode<K,V> prev; // needed to unlink next upon deletion
boolean red;
}
// 位于LinkedHashMap中，典型的双向链表节点
static class Entry<K,V> extends HashMap.Node<K,V> {
Entry<K,V> before, after;
Entry(int hash, K key, V value, Node<K,V> next) {
super(hash, key, value, next);
}
}HashMap()构造方法
空参构造方法，全部使用默认值。
public HashMap() {
this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR; // all other fields defaulted
}HashMap(int initialCapacity)构造方法
调用HashMap(int initialCapacity, float loadFactor)构造方法，传入默认装载因子。
public HashMap(int initialCapacity) {
this(initialCapacity, DEFAULT_LOAD_FACTOR);
}HashMap(int initialCapacity)构造方法
判断传入的初始容量和装载因子是否合法，并计算扩容门槛，扩容门槛为传入的初始容量往上取最近的2的n次方。
public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {
// 检查传入的初始容量是否合法
if (initialCapacity < 0)
throw new IllegalArgumentException("Illegal initial capacity: " +
initialCapacity);
if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY)
initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY;
// 检查装载因子是否合法
if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor))
throw new IllegalArgumentException("Illegal load factor: " +
loadFactor);
this.loadFactor = loadFactor;
// 计算扩容门槛
this.threshold = tableSizeFor(initialCapacity);
}
static final int tableSizeFor(int cap) {
// 扩容门槛为传入的初始容量往上取最近的2的n次方
int n = cap - 1;
n |= n >>> 1;
n |= n >>> 2;
n |= n >>> 4;
n |= n >>> 8;
n |= n >>> 16;
return (n < 0) ? 1 : (n >= MAXIMUM_CAPACITY) ? MAXIMUM_CAPACITY : n + 1;
}put(K key, V value)方法
添加元素的入口。
public V put(K key, V value) {
// 调用hash(key)计算出key的hash值
return putVal(hash(key), key, value, false, true);
}
static final int hash(Object key) {
int h;
// 如果key为null，则hash值为0，否则调用key的hashCode()方法
// 并让高16位与整个hash异或，这样做是为了使计算出的hash更分散
return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
}
final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,
boolean evict) {
Node<K, V>[] tab;
Node<K, V> p;
int n, i;
// 如果桶的数量为0，则初始化
if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
// 调用resize()初始化
n = (tab = resize()).length;
// (n - 1) & hash 计算元素在哪个桶中
// 如果这个桶中还没有元素，则把这个元素放在桶中的第一个位置
if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
// 新建一个节点放在桶中
tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
else {
// 如果桶中已经有元素存在了
Node<K, V> e;
K k;
// 如果桶中第一个元素的key与待插入元素的key相同，保存到e中用于后续修改value值