HashMap 源码解析超详解

HashMap 的底层实现原理

首先JDK1.8对HashMap的实现做出了改变，主要是以前是利用数组加链表的方式存储，而1.8之后对链表设置了阙值，到达这个阙值就改用了红黑树，由于当链表的长度特别长的时候，查询效率将直线下降，查询的时间复杂度为 O(n)。

HashMap介绍

• HashMap 是一个散列表，它存储的内容是键值对(key-value)映射。
• HashMap 继承于AbstractMap，实现了Map、Cloneable、java.io.Serializable接口。
• HashMap 的实现不是同步的，这意味着它不是线程安全的。它的key、value都可以为null。此外，HashMap中的映射不是有序的。

源码解析

方法声明

public class HashMap extends AbstractMap
    implements Map, Cloneable, Serializable 
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继承：

AbstractMap：实现了大部分Map接口的方法

实现：

Cloneable:实现其的clone方法，支持深拷贝一个对象

Map：本人一开始在这里有些许疑惑，因为继承的AbstractMap类是对Map接口的实现，而在此又进行一次实现。通过查找相关知识，得到比较有权威性的答案是这是由于类库设计者的拼写错误。

Serializable：一个对象序列化的接口,一个类只有实现了Serializable接口,它的对象才能被序列化

常量参数

	private static final long serialVersionUID = 362498820763181265L;
    static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; // aka 16

    /**
     * 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;

    /**
     * The load factor used when none specified in constructor.
     */
    static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;

    /**
     * The bin count threshold for using a tree rather than list for a
     * bin.  Bins are converted to trees when adding an element to a
     * bin with at least this many nodes. The value must be greater
     * than 2 and should be at least 8 to mesh with assumptions in
     * tree removal about conversion back to plain bins upon
     * shrinkage.
     */
    static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8;

    /**
     * The bin count threshold for untreeifying a (split) bin during a
     * resize operation. Should be less than TREEIFY_THRESHOLD, and at
     * most 6 to mesh with shrinkage detection under removal.
     */
    static final int UNTREEIFY_THRESHOLD = 6;

    /**
     * The smallest table capacity for which bins may be treeified.
     * (Otherwise the table is resized if too many nodes in a bin.)
     * Should be at least 4 * TREEIFY_THRESHOLD to avoid conflicts
     * between resizing and treeification thresholds.
     */
    static final int MIN_TREEIFY_CAPACITY = 64;

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说明

• serialVersionUID：用来进行反序列化时验证版本一致性。JVM会将传来的serialVersionUID和本地相应实体类的serialVersionUID进行比较，如果一致则可以序列化，否则抛出异常
• DEFAULT_INITIAL_CAPACITY：默认初始容量，为16
• MAXIMUM_CAPACITY：最大容量 2^30
• DEFAULT_LOAD_FACTOR:默认的加载因子 0.75，当容器被占用占用到0.75时，进行扩容
• TREEIFY_THRESHOLD：树状阈值，默认为8，当一个链表达到8时，将其转成红黑树结构
• UNTREEIFY_THRESHOLD: 树状解除阈值，默认为6，当一个树结构的节点减少的6时，重新变为一个链表
• MIN_TREEIFY_CAPACITY：最小树容量，默认为64

节点Node

static class Node<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
        final int hash;
        final K key;
        V value;
        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()))
                    return true;
            }
            return false;
        }
    }

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**说明：**每个节点包含hash值，key，value以及指向下一个Node的next。以及一些方法，比如构造方法，get和set方法，以及toString()同时，声明了Node节点的equals()和hashCode()方法。

主要方法

put(key,value)

public V put(K key, V value) {
    return putVal(hash(key), key, value, false, true);
}
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HashMap最常用的方法之一，put方法，将输入的键值对，根据key计算hash存入到散列表中相应的位置下的链表或树中去。

可以发现，主要调用putval(),传入参数hash(key)调用了hash();key,value,false和true；

hash( Object key)

static final int hash(Object key) {
        int h;
        return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
    }
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**说明：**根据传入的key，若key为null则返回0，否则返回key类型自定义的hashCode()获取hash值，并与h右移16位后的二进制数进行异或求值并返回作为哈希值。

putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,boolean evict)

 final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,
                   boolean evict) {
        Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, i; //新建一个节点数组tab，以及节点p，int n,i
        if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0) //赋值为transient修饰的table全局变量，看时候构建了散列表
            n = (tab = resize()).length; //若没有，调用resize()构造新的散列表
        if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null) //(n - 1) & hash计算在散列表中的下标，若不存在则直接新建一个节点存入其中
            tab[i] = newNode(hash, key, value, null);  //newNode方法中调用Node的构造方法创建新节点
        else {
            Node<K,V> e; K k;
            if (p.hash == hash &&
                ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) //若tab相应下标存储的key值相同，则覆盖
                e = p;
            else if (p instanceof TreeNode)  //判断p是否是个树节点，则调用putTreeVal添加一个树节点
                e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
            else { //都不是，则在tab的相应位置的链表上插入一个新节点
                for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
                    //没有相同的key，则在链尾插入一个节点，若此结点此结点插入后，达到树状阈值则调用treeifyBin()【将链表转变为红黑树结构】
                    if ((e = p.next) == null) {
                        p.next = newNode(hash, key, value, null);
                        if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st
                            treeifyBin(tab, hash);
                        break;
                    }
                    //如果，有相同key则，退出循环，而此时e就是与添加键值对有着相同key的节点
                    if (e.hash == hash &&
                        ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                        break;
                    p = e; //接着遍历，相当于p = p.next
                }
            }
            //如果e不为空，说明有相同key值的节点存在，根据onlyIfAbsent参数决定是否改变value值
            if (e != null) { // existing mapping for key
                V oldValue = e.value;
                if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
                    e.value = value;
                afterNodeAccess(e);  //响应方法，在hashMap中是空的方法体
                return oldValue;
            }
        }
        ++modCount; //此参数表示HashMap在结构上被修改的次数
        if (++size > threshold)  //size：此映射中包含的键值映射数。threshold:容器*加载因子及扩容的阈值
            resize();
        afterNodeInsertion(evict); //响应方法，在hashMap中是空的方法体
        return null;
    }
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参数介绍

• hash key的hash值
• key key
• value put的值
• onlyIfAbsent 如果为true，不改变存在的value
• evict 如果为false，则该表处于创建模式

**说明：**本方法主要负责具体的添加新节点操作，根据不同条件决定是直接添加，链表添加节点还是构建红黑树并添加节点Node的三种情况。并且最后也做了对于扩容的判断。

HashMap转换红黑树的前提

将链表转换为红黑树之前会判断，如果当前数组的长度小于64，那么会选择先进行数组扩容，而不是转换为红黑树。

get(key)

 public V get(Object key) {
        Node<K,V> e;
        return (e = getNode(hash(key), key)) == null ? null : e.value;
    }
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get方法主要调用getNode实现

getNode()

 final Node<K,V> getNode(int hash, Object key) {
        Node<K,V>[] tab; Node<K,V> first, e; int n; K k;
        if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 &&
            (first = tab[(n - 1) & hash]) != null) {
            if (first.hash == hash && // always check first node
                ((k = first.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                return first;
            if ((e = first.next) != null) {
                if (first instanceof TreeNode)
                    return ((TreeNode<K,V>)first).getTreeNode(hash, key);
                do {
                    if (e.hash == hash &&
                        ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                        return e;
                } while ((e = e.next) != null);
            }
        }
        return null;
    }

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说明： 判断散列表是否不为null，若不为空则根据hash值判断第一个节点 ----->判断子节点是否为树节点------>调用getTreeNode(hash,key),否则遍历链表找到相应的节点并返回。

remove(key)

public V remove(Object key) {
    Node<K,V> e;
    return (e = removeNode(hash(key), key, null, false, true)) == null ?
        null : e.value;
}
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remove(),调用removeNode实现主要功能

removeNode(int hash, Object key, Object value,
boolean matchValue, boolean movable)

 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) {
            Node<K,V> node = null, e; K k; V v;
            //获取key相对于的节点
            if (p.hash == hash &&
                ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                node = p;
            else if ((e = p.next) != null) {
                if (p instanceof TreeNode)
                    node = ((TreeNode<K,V>)p).getTreeNode(hash, key);
                else {
                    do {
                        if (e.hash == hash &&
                            ((k = e.key) == key ||
                             (key != null && key.equals(k)))) {
                            node = e;
                            break;
                        }
                        p = e;
                    } while ((e = e.next) != null);
                }
            }
            //获取的节点不为null，且不要求value相同及matchValue=false,若为树节点则调用removeTreeNode()并需要判断是否达到转换链表阈值，否则进行链表的删除
            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)
                    tab[index] = node.next;
                else
                    p.next = node.next;
                ++modCount;
                --size;
                afterNodeRemoval(node);
                return node;
            }
        }
        return null;
    }
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说明：在remove时需要注意的点，主要是关于找到的节点类型不同，进行不同的删除操作，对于树节点还有判断是否达到最低树结构的节点树，否则要将树结构转变成链表结构。