HashMap源码浅析 Base 1.7

JDK版本1.7

HaspMap

源码解析

1.初识HashMap实现

public class HashMap
    extends AbstractMap
    implements Map, Cloneable, Serializable
{

    /**
     * The default initial capacity - MUST be a power of two.
     */
    static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; // aka 16  初始化桶大小，因为底层是数组，所以这是数组默认的大小

    /**
     * The maximum capacity, used if a higher value is implicitly specified
     * by either of the constructors with arguments.
     * MUST be a power of two <= 1<<30.
     */
    static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30; //桶的最大值

    /**
     * The load factor used when none specified in constructor.
     */
    static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f; //默认的负载因子（0.75）

    /**
     * An empty table instance to share when the table is not inflated.
     */
    static final Entry[] EMPTY_TABLE = {};

    /**
     * The table, resized as necessary. Length MUST Always be a power of two.
     */
    transient Entry[] table = (Entry[]) EMPTY_TABLE; //table 真正存放数据的数组

    /**
     * The number of key-value mappings contained in this map.
     */
    transient int size; //Map 存放数量的大小

    /**
     * The next size value at which to resize (capacity * load factor).
     * @serial
     */
    // If table == EMPTY_TABLE then this is the initial capacity at which the
    // table will be created when inflated.
    int threshold; //桶大小，可在初始化时显式指定

    /**
     * The load factor for the hash table.
     *
     * @serial
     */
    final float loadFactor; //负载因子，可在初始化时显式指定

    /**
     * The number of times this HashMap has been structurally modified
     * Structural modifications are those that change the number of mappings in
     * the HashMap or otherwise modify its internal structure (e.g.,
     * rehash).  This field is used to make iterators on Collection-views of
     * the HashMap fail-fast.  (See ConcurrentModificationException).
     */
    transient int modCount;

    /**
     * The default threshold of map capacity above which alternative hashing is
     * used for String keys. Alternative hashing reduces the incidence of
     * collisions due to weak hash code calculation for String keys.
     * 
     * This value may be overridden by defining the system property
     * {@code jdk.map.althashing.threshold}. A property value of {@code 1}
     * forces alternative hashing to be used at all times whereas
     * {@code -1} value ensures that alternative hashing is never used.
     */
    static final int ALTERNATIVE_HASHING_THRESHOLD_DEFAULT = Integer.MAX_VALUE;

public HashMap() {
        this(DEFAULT_INITIAL_CAPACITY, DEFAULT_LOAD_FACTOR);
    }

    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;
        threshold = initialCapacity;
        init();
    }

HashMap中给定的默认容量为 16，负载因子为 0.75，Map 在使用过程中不断的往里面存放数据，当数量达到了 16 * 0.75 = 12 就需要将当前 16 的容量进行扩容，而扩容这个过程涉及到 rehash、复制数据等操作，所以非常消耗性能，因此通常建议能提前预估 HashMap 的大小最好，尽量的减少扩容带来的性能损耗。

static class Entry implements Map.Entry {
        final K key;
        V value;
        Entry next;
        int hash;

        /**
         * Creates new entry.
         */
        Entry(int h, K k, V v, Entry n) {
            value = v;
            next = n;
            key = k;
            hash = h;
        }

        public final K getKey() {
            return key;
        }

        public final V getValue() {
            return value;
        }

        public final V setValue(V newValue) {
            V oldValue = value;
            value = newValue;
            return oldValue;
        }

1. key 就是写入时的键

2. value 自然就是值

3. HashMap 是由数组和链表组成，所以这个 next 就是用于实现链表结构

4. hash 存放的是当前 key 的 hashcode

2.put方法

2-1 put方法一览

public V put(K key, V value) {
        if (table == EMPTY_TABLE) {  //判断当前数组是否需要初始化
            inflateTable(threshold);
        }
        if (key == null)
            return putForNullKey(value);  //如果 key 为空，则 put 一个空值进去
        int hash = hash(key);  //根据 key 计算出 hashcode
        int i = indexFor(hash, table.length);  //根据计算出的 hashcode 定位出所在桶
        for (Entry e = table[i]; e != null; e = e.next) {  //如果桶是一个链表则需要遍历判断里面的 hashcode、key 是否和传入 key 相等，如果相等则进行覆盖，并返回原来的值
            Object k;
            if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {
                V oldValue = e.value;
                e.value = value;
                e.recordAccess(this);
                return oldValue;
            }
        }

        modCount++;
        addEntry(hash, key, value, i);  //如果桶是空的，说明当前位置没有数据存入；新增一个 Entry 对象写入当前位置
        return null;
    }

当向 HashMap 中 put一对键值时，它会根据 key的 hashCode 值计算出一个位置， 该位置就是此对象准备往数组中存放的位置。计算过程参看如下代码：

transient int hashSeed = 0;
final int hash(Object k) {
     int h = hashSeed;
     if (0 != h && k instanceof String) {
         return sun.misc.Hashing.stringHash32((String) k);
     }

     h ^= k.hashCode();

     // This function ensures that hashCodes that differ only by
     // constant multiples at each bit position have a bounded
     // number of collisions (approximately 8 at default load factor).
     h ^= (h >>> 20) ^ (h >>> 12);
     return h ^ (h >>> 7) ^ (h >>> 4);
 }

 /**
  * Returns index for hash code h.
  */
 static int indexFor(int h, int length) {
     // assert Integer.bitCount(length) == 1 : "length must be a non-zero power of 2";
     return h & (length-1);
 }

通过hash计算出来的值将会使用indexFor方法找到它应该所在的table下标。当两个key通过hashCode计算相同时，则发生了hash冲突(碰撞)，HashMap解决hash冲突的方式是用链表(拉链法)。当发生hash冲突时，则将存放在数组中的Entry设置为新值的next（这里要注意的是，比如A和B都hash后都映射到下标i中，之前已经有A了，当map.put(B)时，将B放到下标i中，A则为B的next，所以新值存放在数组中，旧值在新值的链表上）。即将新值作为此链表的头节点，为什么要这样操作？据说后插入的Entry被查找的可能性更大（因为get查询的时候会遍历整个链表）。有一种说法就是链表查找复杂度高，可插入和删除性能高，如果将新值插在末尾，就需要先经过一轮遍历，这个时间复杂度高，开销大，如果是插在头结点，省去了遍历的开销，还发挥了链表插入性能高的优势。

2-3 addEntry、createEntry方法一览

找到数组下标后，会先进行key判重，如果没有重复，就准备将新值放入到链表的表头。

void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
    // 如果当前 HashMap 大小已经达到了阈值，并且新值要插入的数组位置已经有元素了，那么要扩容
    if ((size >= threshold) && (null != table[bucketIndex])) {
        // 扩容
        resize(2 * table.length);
        // 扩容以后，重新计算 hash 值
        hash = (null != key) ? hash(key) : 0;
        // 重新计算扩容后的新的下标
        bucketIndex = indexFor(hash, table.length);
    }
    // 往下看
    createEntry(hash, key, value, bucketIndex);
}
// 这个很简单，其实就是将新值放到链表的表头，然后 size++
void createEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
    Entry e = table[bucketIndex];
    table[bucketIndex] = new Entry<>(hash, key, value, e);
    size++;
}

2-4 putForNullKey方法一览

private V putForNullKey(V value) {
    for (Entry e = table[0]; e != null; e = e.next) {
        if (e.key == null) {
            V oldValue = e.value;
            e.value = value;
            e.recordAccess(this);
            return oldValue;
        }
    }
    modCount++;
    addEntry(0, null, value, 0);
    return null;
}

当size>=threshold（ threshold等于“容量  * 负载因子”）时，会发生扩容。

void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
    if ((size >= threshold) && (null != table[bucketIndex])) {  //扩容需满足这两个条件
        resize(2 * table.length);
        hash = (null != key) ? hash(key) : 0;
        bucketIndex = indexFor(hash, table.length);
    }

    createEntry(hash, key, value, bucketIndex);
}

• 特别提示：jdk1.7中resize，只有当 size>=threshold并且 table中的那个槽中已经有Entry时，才会发生resize。即有可能虽然size>=threshold，但是必须等到相应的槽至少有一个Entry时，才会扩容,可以通过上面的代码看到每次resize都会扩大一倍容量（2 * table.length）。

3.get方法

3-1 get方法一览

public V get(Object key) {
        if (key == null)   //判断key是否为空
            return getForNullKey();   //key为空则直接返回table[0]
        Entry entry = getEntry(key);

        return null == entry ? null : entry.getValue();
    }

    final Entry getEntry(Object key) {
        if (size == 0) {
            return null;
        }

        int hash = (key == null) ? 0 : hash(key);   //根据 key 计算出 hashcode，然后定位到具体的桶中
        for (Entry e = table[indexFor(hash, table.length)];   //判断该位置是否为链表
             e != null;
             e = e.next) {
            Object k;
            if (e.hash == hash &&
                ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))  //key、key 的 hashcode 是否相等来返回值
                return e;
        }
        return null;
    }