HashMap源码解读（一）

HashMap源码解读（一）


1、HashMap的存储结构
2、HashMap的初始化
3、元素Hash值获取及通过hash值找到talbe下标索引
4、元素添加方法addEntry
5、HashMap扩容
6、老table重新hash成新table
7、key为null，存到哪去了
8、查找元素get(Object key)
9、根据key删除元素


1、HashMap的存储结构

  在HashMap的Field中有：

transient Entry[] table;

  而Entry的定义如下：

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

简单说就是一个数组+链表，结构如下图：




2、HashMap的初始化

public HashMap() {
this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR;
threshold=(int)(DEFAULT_INITIAL_CAPACITY*DEFAULT_LOAD_FACTOR);
table = new Entry[DEFAULT_INITIAL_CAPACITY];
init();
}

    构造方法中出现的几个关键字段：loadFactor ，threshold，CAPACITY，table
其中table上面讲了，是HashMap的存储结构。CAPACITY这个是构建HashMap的时候的容量，这里使用了系统默认的初始容量，loadFactor 是加载因子，用处是和CAPACITY相乘获得threshold，这个文档的说明如下：The next size value at which to resize (capacity * load factor)。其实就是HashMap扩容的临界值，超过这个值，则重新扩容。
    这样就说明了loadFactor 的用处了。这里有人要问了。为什么要这个东西。这里就涉及到HashMap的原理了。HashMap中存储元素的时候，首先得先通过其自己的hash算法找到存储在talbe数组的索引值。但是这个hash算法并不能保证，每一个元素对应不同的talbe数组的索引值，当放入HashMap的元素过多的时候，就容易出现相同的索引值，在算法里叫冲突，这时候元素就会被加到该索引值下的链表当中，这样查找的效率就会大大降低，这显然违背了HashMap快速查找的初衷了。所有HashMap在设计的时候，就是用了这样一个加载因子，如果存储的元素个数占table长度的比例大于loadFactor 加载因子的时候，冲突加剧，这样我们就得扩容解决这样的问题。
    所以总结影响HashMap效率的两个因素：1.初始容量 2.加载因子。解决的本质无非就是减少hash冲突。

3、元素Hash值获取及通过hash值找到talbe下标索引

static int hash(int h) {
h ^= (h >>> 20) ^ (h >>> 12);
	return h ^ (h >>> 7) ^ (h >>> 4);
}

    这个不深究，结果是获得一个随机点的hash值

static int indexFor(int h, int length) {
	return h & (length-1);
}

    这个就是获得元素对应table下标索引的方法，h是通过上面的hash(int h)方法获得，length是table的长度

4、元素添加方法addEntry

void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
	Entry<K,V> e = table[bucketIndex];
	table[bucketIndex] = new Entry<K,V>(hash, key, value, e);
	if (size++ >= threshold)
		resize(2 * table.length);
}
//Entry的构造方法
Entry(int h, K k, V v, Entry<K,V> n) {
	value = v;
	next = n;
	key = k;
	hash = h;
}

    addEntry方法里出现的几个参数分别是：hash-->元素key的hash值，key，value不用说了，bucketIndex是计算出来的该元素对应的table下标索引。方法的前两句是，根据传入的参数生成一个Entry元素，他的next为现有table[bucketIndex]。
    说白了就是将新元素加到该元素对应table[bucketIndex]链表的表头。流程如下图：


5、HashMap扩容

void resize(int newCapacity) {
	Entry[] oldTable = table;
	int oldCapacity = oldTable.length;
	if (oldCapacity == MAXIMUM_CAPACITY) {
		threshold = Integer.MAX_VALUE;
		return;
	}
	Entry[] newTable = new Entry[newCapacity];
	transfer(newTable);
	table = newTable;
	threshold = (int)(newCapacity * loadFactor);
}

在元素添加方法addEntry中，添加完元素后，有下面两行代码：

if (size++ >= threshold)
	resize(2 * table.length);

    size表示的是HashMap中有多少个元素，当元素的个数超过临界值时，会自动调用扩容方法，可以看出HashMap的扩容是翻番的扩2 * table.length。我们在来看看resize扩容方法。
    前面几行是判断扩容后是否好过了最大的int值。后面几行是将原来的table中的元素，重新hash放到新的扩容后的table中。可能大家对transfer(newTable)这个方法很困惑。接下来，我们来解读这个方法的实现。

6、老table重新hash成新table

void transfer(Entry[] newTable) {
	Entry[] src = table;
	int newCapacity = newTable.length;
	for (int j = 0; j < src.length; j++) {
		Entry<K,V> e = src[j];
		if (e != null) {
			src[j] = null;
			do {
				Entry<K,V> next = e.next;
				int i = indexFor(e.hash, newCapacity);
				e.next = newTable[i];
				newTable[i] = e;
				e = next;
			} while (e != null);
		}
	}
}

    这个方法的主要作用就是，将老的table中的所有不为空的元素，重新hash放到新的table中去。估计在do之前的大家能很好理解。就是遍历table中不为空的元素。这时候找出来的e = src[j]是一个Entry链表。所以，如果不为空，还要遍历这个链表中的每一个元素，并将这些元素重新hash到新table中。下面我们对于代码讲解。
//将第一个元素e后的链表截取出来
Entry<K,V> next = e.next;
//找到e对应新table的下标索引
int i = indexFor(e.hash, newCapacity);
//将e插入到新table下标索引链表的表头
e.next = newTable[i];
//将该新table下标索引重新定位为e，这样就完成了一个元素的重新hash
newTable[i] = e;
//将截取的剩余的链表继续hash
e = next;
示意图如下：
1、Entry<K,V> next = e.next;

2、e.next = newTable[i];

    即这里的e就是Entry[j]，也就是

3、newTable[i] = e;
    因为newTable[i]本身是一个指向浅蓝色Entry[i]的引用，这个时候，我们在将这个引用指向红色Entry[j]，这样就完成了老table中一个元素的重新hash到新table中。


7、key为null，存到哪去了
    在put方法里头，其实第一行就处理了key=null的情况。

if (key == null)
	return putForNullKey(value);
//那就看看这个putForNullKey是怎么处理的吧。
private V putForNullKey(V value) {
	for (Entry<K,V> 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;
}

    可以看到，前面那个for循环，是在talbe[0]链表中查找key为null的元素，如果找到，则将value重新赋值给这个元素的value，并返回原来的value。
    如果上面for循环没找到。则将这个元素添加到talbe[0]链表的表头。

8、查找元素get(Object key)

public V get(Object key) {
	if (key == null)
    	return getForNullKey();
	int hash = hash(key.hashCode());
	for (Entry<K,V> e = table[indexFor(hash, table.length)];e != null;e = e.next) {
		Object k;
		if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k)))
		return e.value;
	}
	return null;
}

    前面两行是找key为null的元素，前面说过，key为null的元素，是放在table[0]这个链表的。所以要找的话，直接到table[0]中查找就行了。
    如果没找到的话。则根据key的hash值找到元素所在table中下标索引，根据其在找到元素所在链表，在遍历链表，找到该元素并返回其value，否则返回null。

9、根据key删除元素

public V remove(Object key) {
	Entry<K,V> e = removeEntryForKey(key);
	return (e == null ? null : e.value);
}
调用的还是下面的方法
final Entry<K,V> removeEntryForKey(Object key) {
        int hash = (key == null) ? 0 : hash(key.hashCode());
        int i = indexFor(hash, table.length);
        Entry<K,V> prev = table[i];
        Entry<K,V> e = prev;
        while (e != null) {
            Entry<K,V> next = e.next;
            Object k;
            if (e.hash == hash &&
                ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) {
                modCount++;
                size--;
                if (prev == e)
                    table[i] = next;
                else
                    prev.next = next;
                e.recordRemoval(this);
                return e;
            }
            prev = e;
            e = next;
        }
        return e;
    }

    这里while循环外面的很好看懂，我们讨论while循环里的。
Entry<K,V> next = e.next;把原有的链表截出表头元素，然后判断这个表头元素的key是否就是我们要找的key。如果找出的第一个元素就是的话，我们直接将这个链表的第一个元素删除就OK。
if (prev == e)
      table[i] = next;
    如果不是，则遍历这个链表，下图展示了这个过程：

步骤1、初始情况
Entry<K,V> prev = table[i];
Entry<K,V> e = prev;

步骤2、没找到
Entry<K,V> next = e.next;
……..
prev = e;
e = next;
如果e这个元素不是要删除的话，则遍历下一个元素。

步骤3、找到
prev.next = next;
return e;
将prev的下一个元素指向e.next。这样就相当于删除了e
最后的结果如下：


未完待续。。。