HashMap源码分析
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简介
HashMap是一个底层用数组+链表实现的存储KV键值对数据结构，它允许null键和null值。
原理
HashMap的存储规则是，根据K的hashCode运算得到hash值，然后根据hash值运算得到下标，如果数组中该下标没有值就放入，有值就一个一个比较是否hash值相同并且equals也为true，如果是就用value更新原来的value，如果到达最后都没找到相同的，就新增节点，在jdk1.8中进行了优化，当链表长度达到8时，就把链表变为红黑树
类结构
public class HashMap<K,V> extends AbstractMap<K,V>
implements Map<K,V>, Cloneable, Serializable
HashMap继承了AbstractMap并重写了里面的方法。
HashMap实现了Cloneable接口，可以被克隆。
HashMap实现了Serializable接口，可以被序列化。
属性
//默认初始化容量16
static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4;
//最大容量为2的30此方法
static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;
//默认加载因子0.75
static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;
//链表转成树的阈值
static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8;
//树转换成链表的阈值
static final int UNTREEIFY_THRESHOLD = 6;
//转换成树的最小容量阈值
static final int MIN_TREEIFY_CAPACITY = 64;
//保存节点的数组
transient Node<K,V>[] table;
//保存的所有节点
transient Set<Map.Entry<K,V>> entrySet;
//保存节点个数
transient int size;
//修改次数，用于迭代器的快速失败
transient int modCount;
//扩容的阈值
int threshold;
//加载因子
final float loadFactor;
节点
static class Node<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
//key的hash值
final int hash;
final K key;
V value;
//后继节点
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;
}
public final K getKey() { return key; }
public final V getValue() { return value; }
public final String toString() { return key + "=" + value; }
public final int hashCode() {
return Objects.hashCode(key) ^ Objects.hashCode(value);
}
public final V setValue(V newValue) {
V oldValue = value;
value = newValue;
return oldValue;
}
public final boolean equals(Object o) {
if (o == this)
return true;
if (o instanceof Map.Entry) {
Map.Entry<?,?> e = (Map.Entry<?,?>)o;
if (Objects.equals(key, e.getKey()) &&
Objects.equals(value, e.getValue()))//判断相等的条件是key和value都要相等
return true;
}
return false;
}
}
构造器
//指定初始化容量和增长因子的构造器
public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {
if (initialCapacity < 0)
throw new IllegalArgumentException("Illegal initial capacity: " +
initialCapacity);
if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY)//如果初始化容量比最大默认容量还大
initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY;
if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor))
throw new IllegalArgumentException("Illegal load factor: " +
loadFactor);
this.loadFactor = loadFactor;
//把指定的初始化大小改成近似这个数的2的n次方形式
this.threshold = tableSizeFor(initialCapacity);
}
//通过一定的算法得到2的n次方近似于这个数
static final int tableSizeFor(int cap) {
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;
}
//指定初始化大小的构造器
public HashMap(int initialCapacity) {
this(initialCapacity, DEFAULT_LOAD_FACTOR);
}
//无参构造器
public HashMap() {
this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR; // all other fields defaulted
}
//使用Map初始化构造器
public HashMap(Map<? extends K, ? extends V> m) {
this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR;
putMapEntries(m, false);
}
方法
添加节点方法
put(K,V)添加kv键值对
public V put(K key, V value) {
return putVal(hash(key), key, value, false, true);
}
static final int hash(Object key) {
int h;
//如果key为null，hash为0，否则计算hash的规则是hashCode与（hashCode无符号左移16位）
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;
if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)//如果table还没初始化，或大小为0
n = (tab = resize()).length;
if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)////添加节点计算得到的下标位置没有节点
tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
else {//添加节点计算得到的下标位置已有节点
Node<K,V> e; K k;
if (p.hash == hash &&
((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))//如果添加节点的hash和计算下标位置节点的hash相等 并且 添加节点的key与计算下标位置节点的key地址相等或逻辑相等
e = p;
else if (p instanceof TreeNode)//如果是树，那么按照树的方法添加
e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
else {//是链表
for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
if ((e = p.next) == null) {//到达链表的尾部
//添加节点
p.next = newNode(hash, key, value, null);
if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // 如果链表长度大于等于TREEIFY_THRESHOLD-1，即添加后链表长度大于等于8，那么那链表转换为树
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);
//如果是替换旧值，并没有修改modCount
return oldValue;
}
}
++modCount;
if (++size > threshold)
//添加了元素大于阈值，进行扩容
resize();
afterNodeInsertion(evict);
return null;
}
//初始化或对数组进行二倍扩容
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) {//如果原容量大于最大值
//阈值设置为Integer的最大值
threshold = Integer.MAX_VALUE;
return oldTab;
}
else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY &&
oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)//原容量扩大二倍小于最大容量 并且 原容量要大于等于默认的初始化容量
newThr = oldThr << 1; // double threshold
}
else if (oldThr > 0) //用原来的阈值初始化数组大小（构造的时候如果指定了初始化大小是使用threshold来保存的）
newCap = oldThr;
else { // 原容量为0并且没有指定初始化容量大小，就使用默认值
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"})
//创建一个新容量大小的节点数组
Node<K,V>[] newTab = (Node<K,V>[])new Node[newCap];
table = newTab;
if (oldTab != null) {//如果原数组不空
for (int j = 0; j < oldCap; ++j) {
Node<K,V> e;
if ((e = oldTab[j]) != null) {//如果数组下标位置存放了元素
//help GC?
oldTab[j] = null;
if (e.next == null)//如果元素没有后继
//e.hash & (newCap - 1) 计算下标位置
//不进行扩容直接添加的计算规则是 hash & (n-1) n就是数组大小
//不管是你自己指定的初始化大小还是默认是初始化大小，都是2的次方（自己指定的如果不是2的次方会被转化为2的次方）而且扩容也是2倍扩容，所以不管新容量还是老容量都是2的次方
newTab[e.hash & (newCap - 1)] = e;
else if (e instanceof TreeNode)//如果是红黑树
((TreeNode<K,V>)e).split(this, newTab, j, oldCap);
else { //是链表
//什么4个节点，对应两条链表
//一条链表上的节点通过hash计算的下标是一样的，而按照hash & （newCapacity-1）规则计算下标，只会得到两个下标，一个是原下标，一个是原下标+oldCapacity
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) {//精髓 e.hash & oldCap
//假如原容量为16那么新容量就为32，此时2号位置的链表通过原来计算公式为hash&（oldCapacity-1）即：1011011001010001000010
// &
// 0000000000000000001111 15
// 0000000000000000000010
// 即： 2号位置
//扩容之后本来应该的下标为 1011011001010001000010
// & ↑
// 0000000000000000011111 31
// 即 2号位置
//可以看到扩容2倍，由于是&上（capacity-1）所以二进制全为1且比原来多一个1，那么差距就是↑所指那一位是0或1，如果是0那么新下标就是原下标，如果是1那么新下标就是原下标+oldCapacity
//如果使用 e.hash & oldCap 可以更快的计算
// 1011011001010001000010
// &
// 0000000000000000010000
// 0000000000000000000000 为0说明是原下标
if (loTail == null)
loHead = e;
else
loTail.next = e;
loTail = e;
}
else {
//使用的是尾插法，保证了在扩容前先添加的元素，在扩容后的位置也在前面
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;
}
移除节点方法
public V remove(Object key) {
Node<K,V> e;
//如果移除了返回节点的值，否则没找到返回null
return (e = removeNode(hash(key), key, null, false, true)) == null ?
null : e.value;
}
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) {//数组已经初始化并且大小大于0而且通过hash计算下标位置不空
Node<K,V> node = null, e; K k; V v;
if (p.hash == hash &&
((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))//如果hash相等 并且 key地址相等或equals
node = p;
else if ((e = p.next) != null) {//去后继节点找
if (p instanceof TreeNode)//如果后继节点是树，那么按照树的方法找
node = ((TreeNode<K,V>)p).getTreeNode(hash, key);
else {//是链表，遍历找
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)//如果是数组中保存的元素
tab[index] = node.next;
else
//是链表元素，修改链
p.next = node.next;
++modCount;
--size;
afterNodeRemoval(node);
return node;
}
}
return null;
}
但是HashMap为什么要有modCount这个属性呢？既然不是线程安全的，那么快速失败的意义在哪儿呢？而且如果put方法是key已存在，只是将新值替换旧值，modCount并没有改变，难道你在使用迭代器遍历时，其他线程修改了值，不用快速失败吗？
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