HashMap源码分析

HashMap用来存储key-value对，内部使用拉链法Hash表作为存储结构，key-value被封装成Entry<K, V>，Entry也是链表结点。

 

   1. Hash表的内部结构如下：

 

  Entry<K, V> table[];

 

table[0]-->Entry(K,V)-->Entry(K,V)
table[1]-->Entry(K,V)
table[2]
table[3]-->Entry(K,V)
table[.]

 

    Entry<K,V>数据域代码:

 

    static class Entry<K,V> implements Map.Entry<K,V> {

            final K key;
            V value;
            final int hash;
           <strong> Entry<K,V> next;</strong>
}

 

    HashMap的Key-Value对，被包装成Entry(K,V)，根据key计算hash值，确定在table数组的下标位置，数组元素为链表的链表头，被计算hash映射到相同数组下标位置的key-value都被存储在这个链表当中，这就是解决hash冲突的办法 。

 

   2.HashMap中查找目标Entry<K,V>

    也就是说根据key进行hash只能找到Entry(K,V)在哪个链表当中，查找到具体确切的Entry(K,V)还需要遍历整个链表的每个节点，针对每个节点去匹配key值，如果链表很长，那么效率就会很低，体现不出Hash表的优势。理想的情况是每个链表不多于一个节点，这样通过hash就可以直接找到目标Entry(K,V)，能够在O(1)内实现元素的查找，像数组一样，在存储内容与存储位置之间建立直接的映射关系。

 

    3.HashMap中的扩容

    为了提升Hash表的性能，在HashMap中存储的k-v对数目超过了预定的负载量threshold时，就对HashMap进行扩容，实际上就是使用table[]数组成倍增加，这样做的目的是使每个链表长度较为短小，能够实现快速的定位目标结点；但是扩容需要对原HashMap中的每个结点重新计算存储位置，迁移到新的table[]当中，这也是一笔不少的开销，应该减少扩容的次数，所以根据应用场景选择一个合适的loadFactor和capacity比较重要,loadFactor和capacity可以在HashMap的构造函数中设置。

    Threshold计算: threshold = (int)(capacity * loadFactor);( 当前容量 * 负载因子)

    默认的容量和负载因子:

    Static int final DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 16;

    Static int final DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;

 

    4.HashMap不是线程安全的，代码中没有任何的同步措施，在多线程中环境中需要注意。

 

    5.代码分析

       构造函数

//指定初始容量和负载因子的构造函数
 public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {

            //检测参数的合法性initialCapacity, 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);

            // Find a power of 2 >= initialCapacity
            int capacity = 1;
            while (capacity < initialCapacity)
                capacity <<= 1;

            this.loadFactor = loadFactor;

            //当HashMap存储的键值对数，超过threshold，就需要对整个hash table进行扩展
            //threshold = capactiy * loadFactor;通过负载因子计算得来.

            threshold = (int)(capacity * loadFactor);

            //为HashMap依赖的table申请空间
            table = new Entry[capacity];
            init();
        }

 

   //使用默认的负载因子，默认的初始容器，

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

 

     public HashMap(int initialCapacity) {

this(initialCapacity, DEFAULT_LOAD_FACTOR);

 

    get(k)方法

 

public V get(Object key) {

    //如果key是null,返回一个Object对象作内部处理，HashMap中可以使用null作为key
    Object k = maskNull(key);

    //计算此k(key)对应的hash值
    int hash = hash(k);

    //indexFor:h & (length-1)
    //计算此key在hash表中的映射到的数组元素位置(每个元素是一个指向链表的头结点)
    int i = indexFor(hash, table.length);

    //取得链表头，映射到数组同一位置的元素被组织成一个链表(冲突解决方法)
    Entry<K,V> e = table[i];

    while (true) {

        //如果查找到链表末尾，表示没有查找到，返回null
        if (e == null)
            return null;

        //判断所以给key,与存储在HashTable中key是否完全相等
        //如果完全相等，则查找到目标key-value对，返回value object
        //x与y两个key完全相等的条件:x == y || x.equals(y);
        //也就是说如果两个key内容相等或者指向同一个对象引用，均算作相等。
        if (e.hash == hash && eq(k, e.key))
            return e.value;

        //继续查找下一个元素
        e = e.next;
    }
}

 

    put(k,V)

     public V put(K key, V value) {

            //如果key为null，通过maskNull转换成Object对象进行内部存储操作
            K k = maskNull(key);

            //计算key对应的hash值，确定在Hash数组中的位置
            int hash = hash(k);
            int i = indexFor(hash, table.length);


            //找到链表的头结点后，首先在链表中确定此key是否被其它的key-value对所占用
            for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) {

                <strong>//如果此key已经在HashMap中存在，则更新此key-value中的value值</strong>
                if (e.hash == hash && eq(k, e.key)) {
                    V oldValue = e.value;
                    e.value = value;
                    e.recordAccess(this);

                    //并且返回oldValue
                    return oldValue;
                }
            }

            modCount++;
            //确定此key不存在HashMap中后，直接将key-value存入HashMap中，也就是插入链表中
            <strong>addEntry(hash, k, value, i);</strong>
            return null;
        }



void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {

            Entry<K,V> e = table[bucketIndex];
            //Entry内部用来封装key-value对
            table[bucketIndex] = new Entry<K,V>(hash, key, value, e);
            /<strong>/如果当前HashMap中存储的k-v对数目(size)超过threshold，需要对整个HashMap进行扩容
            //扩展成原来的2倍大小</strong>
            if (size++ >= threshold)
                resize(2 * table.length);
        }


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

            //为HashMap分配新的内存空间
            Entry[] newTable = new Entry[newCapacity];

            //迁移旧HashMap上的数据到新的空间newTable上
            transfer(newTable);

            table = newTable;

            //重新计算负载上限
            threshold = (int)(newCapacity * loadFactor);
        }


            void transfer(Entry[] newTable) {
            Entry[] src = table;
            int newCapacity = newTable.length;
            for (int j = 0; j < src.length; j++) {

                //取出数组元素中的链表头结点
                Entry<K,V> e = src[j];

                //如果链表不是空的
                if (e != null) {
                    src[j] = null;

                    //为链表中的每一个结点重新分配新的位置在newTable当中
                    //因为位置的计算是hash & (length-1);length改变了，所以存储位置也跟着变了

                    do {

                        Entry<K,V> next = e.next;

                        //计算结点e的新的存储位置在newTable中
                        int i = indexFor(e.hash, newCapacity);

                        //将结点添加到链表newTable[i]中
                        e.next = newTable[i];
                        newTable[i] = e;

                        //e指向下一个结点
                        e = next;
                    } while (e != null);

                }
            }
        }

 

    remove(k)方法

    public V remove(Object key) {

        Entry<K,V> e = removeEntryForKey(key);
        return (e == null ? null : e.value);
}



ntry<K,V> removeEntryForKey(Object key) {

        //根据key计算hash值，映射到数组下标位置，找到链表头
        Object k = maskNull(key);
        int hash = hash(k);
        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;

            //查找封装目标key-value的Entry
            if (e.hash == hash && eq(k, e.key)) {
                modCount++;
                size--;

                <strong>//这种情况只有在链表中只有一个结点时候才会才成立</strong>
                if (prev == e)
                    table[i] = next;

                else
                    prev.next = next;
                e.recordRemoval(this);
                return e;
            }
            //在遍历过程中记录当前结点e的前驱
            prev = e;
            e = next;
        }

        return e;
    }

 

   eq()用于比较两个key是否相等

   两个key相等的条件是:(1).两者指向同一个引用

                                  (2).两者equals相等(考虑是否要重写key类的equals()，根据需要)

    static boolean eq(Object x, Object y) {

return x == y || x.equals(y);