HashMap源碼分析

今天來分析一下HashMap的實現原理，雖然枯燥但卻是我們java學習的必經之路

HashMap的特點

1. 線程不安全(未使用同步)
2. 可以存儲null的鍵和值(null存儲在數組的第一個元素)
3. 使用數組+鏈表+紅黑樹(1.8新增)實現

上面這張圖很清晰的描述了HashMap的存儲原理

源碼分析

put

public V put(K key, V value) {
        // 對傳入的key進行hash運算，找到桶的位置
        return putVal(hash(key), key, value, false, true);
    }

hash

static final int hash(Object key) {
        int h;
        // 當key爲null的時候，直接存儲到數組的第一個元素
        // 當key不爲null的時候，小於十六位的直接使用hashCode，負責進行異或運算，進行進一步的hash散列
        return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
    }

putval

final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,
                   boolean evict) {
    Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, i;
    // table未初始化或者長度爲0，進行擴容
    if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
        n = (tab = resize()).length;
    // 確定元素在桶中的存儲位置，如果桶爲空，則生成新結點放入桶中
    if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
        tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
    // 當桶中已經存在元素時
    else {
        Node<K,V> e; K k;
        // 比較桶中第一個元素的hash值和key
        if (p.hash == hash &&
            ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                e = p;
        // 當hash或者key不相等時，即不爲同一個元素時，判斷是否爲紅黑樹結點
        else if (p instanceof TreeNode)
            // 放入樹中
            e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
        // 爲鏈表結點
        else {
            // 在鏈表最末插入結點
            for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
                // 當到達鏈表的尾部
                if ((e = p.next) == null) {
                    // 在尾部插入新結點
                    p.next = newNode(hash, key, value, null);
                    // 結點數量達到閾值，轉化爲紅黑樹並跳出循環
                    if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) 
                        treeifyBin(tab, hash);
                    break;
                }
                // 判斷鏈表中結點的key值與插入的元素的key值是否相等
                if (e.hash == hash &&
                    ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                    break;
                p = e;
            }
        }
        // 表示在桶中找到key值、hash值與插入元素相等的結點，極爲相同的key
        if (e != null) { 
            // 記錄e的value
            V oldValue = e.value;
            // onlyIfAbsent爲false或者舊值爲null
            if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
                //用新值替換舊值
                e.value = value;
            // 訪問後回調
            afterNodeAccess(e);
            // 返回舊值
            return oldValue;
        }
    }
    // 用於fail-fast，記錄結構性修改的次數
    ++modCount;
    // 實際大小大於閾值則擴容
    if (++size > threshold)
        resize();
    // 插入後回調
    afterNodeInsertion(evict);
    return null;
}

resize

final Node<K,V>[] resize() {
    // 當前table
    Node<K,V>[] oldTab = table;
    // 保存當前table的大小
    int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length;
    // 保存當前閾值 
    int oldThr = threshold;
    int newCap, newThr = 0;
    // 當之前的容量大於0時
    if (oldCap > 0) {
        // 當之前table大於最大容量時
        if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) {
            // 閾值替換爲爲最大整形
            threshold = Integer.MAX_VALUE;
            return oldTab;
        }
        // 當新容量等於之前容量*2並且小於最大容量，並且之前容量大於等於默認的容量
        else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY &&
            oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)
            // 閾值翻倍
            newThr = oldThr << 1; 
    }
    // 之前閾值大於0但是之前容量等於0時將新容量設置爲之前閾值
    else if (oldThr > 0)
        newCap = oldThr;
    // oldCap = 0並且oldThr = 0，使用缺省值（如使用HashMap()構造函數，之後再插入一個元素會調用resize函數，會進入這一步）
    else {           
        newCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY;
        newThr = (int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY);
    }
    // 計算新的resize上限
    if (newThr == 0) {
        // 當新容量和新容量*負載因子小於最大容量時，將新閾值設置爲新容量*負載因子
        float ft = (float)newCap * loadFactor;
        newThr = (newCap < MAXIMUM_CAPACITY && ft < (float)MAXIMUM_CAPACITY ?
                  (int)ft : Integer.MAX_VALUE);
    }
    // 將閾值設置爲新閾值
    threshold = newThr;
    @SuppressWarnings({"rawtypes","unchecked"})
    // 初始化table
    Node<K,V>[] newTab = (Node<K,V>[])new Node[newCap];
    table = newTab;
    // 將每個bucket移動到新的bucket中
    if (oldTab != null) {
        // 複製元素，重新進行hash
        for (int j = 0; j < oldCap; ++j) {
            Node<K,V> e;
            if ((e = oldTab[j]) != null) {
                oldTab[j] = null;
                // 當沒有下一個節點時，新建
                if (e.next == null)
                    newTab[e.hash & (newCap - 1)] = e;
                // 當爲紅黑樹時，劃分樹
                else if (e instanceof TreeNode)
                    ((TreeNode<K,V>)e).split(this, newTab, j, oldCap);
                // 當桶爲鏈表時
                else { 
                    Node<K,V> loHead = null, loTail = null;
                    Node<K,V> hiHead = null, hiTail = null;
                    Node<K,V> next;
                    // 將同一桶中的元素根據(e.hash & oldCap)是否爲0進行分割，分成兩個不同的鏈表，完成rehash
                    do {
                        next = e.next;
                        // 當爲0時爲原索引
                        if ((e.hash & oldCap) == 0) {
                            if (loTail == null)
                                loHead = e;
                            else
                                loTail.next = e;
                            loTail = e;
                        }
                        // 原索引+oldCap
                        else {
                            if (hiTail == null)
                                hiHead = e;
                            else
                                hiTail.next = e;
                            hiTail = e;
                        }
                    } while ((e = next) != null);
                    // 原索引放到bucket裏
                    if (loTail != null) {
                        loTail.next = null;
                        newTab[j] = loHead;
                    }
                    // 原索引+oldCap放到bucket裏
                    if (hiTail != null) {
                        hiTail.next = null;
                        newTab[j + oldCap] = hiHead;
                    }
                }
            }
        }
    }
    return newTab;
}

HashMap基本是面試必考的了，希望大家都可以掌握，同時在工程中的實踐也比較廣泛，但是併發的場景下，不要忘記使用ConcurrentHashMap哦。

願每個人的努力都不會被辜負，願每個人都能有自己想要的生活