HashMap原理解析

HashMap在jdk1.8之前和Jdk1.8之後內部實現有所不同:在jdk1.8之前,hashMap底層是數組和鏈表的結構,從jdk1.8開始內部實現使用了數組和鏈表以及紅黑樹

一:jdk1.8之前的HashMap實現原理(以jdk1.7爲例)
先看構造方法:

 public HashMap() {
        this(DEFAULT_INITIAL_CAPACITY, DEFAULT_LOAD_FACTOR);
    }

 public HashMap(int initialCapacity, float 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);

        this.loadFactor = loadFactor;
        threshold = initialCapacity;
        init();
    }

在創建一個空hashMap的時候,會加載默認負載因子 DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f,
默認容量DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4;(2的四次方,16)
負載因子乘以map內部數組的長度就是map擴容的界限16*0.75=12,所以當內部數組長度佔滿12就開始擴容,擴容具體邏輯後面再說

下面看看,map如何放入元素:

public V put(K key, V value) {
        if (table == EMPTY_TABLE) {
            inflateTable(threshold);
        }
        if (key == null)
            return putForNullKey(value);
        int hash = hash(key);
        int i = indexFor(hash, table.length);
        for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) {
            Object k;
            if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {
                V oldValue = e.value;
                e.value = value;
                e.recordAccess(this);
                return oldValue;
            }
        }

        modCount++;
        addEntry(hash, key, value, i);
        return null;
    }

第2-4行:第一次添加元素的時候才真正確定map內部數組的長度,內部實現邏輯涉及到二進制移位運算,此處不做詳解
第5-6行添加key爲null的元素:

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;
    }

循環遍歷數組的0索引位置上的鏈表,如果發現有元素的key是null,那麼用新值替代舊值.如果發現數組當前位置沒有元素,那麼直接將key=null的元素添加到當前鏈表的頭部(頭部插入),添加邏輯如下 addEntry(0, null, value, 0);

 void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
        if ((size >= threshold) && (null != table[bucketIndex])) {
            resize(2 * table.length);
            hash = (null != key) ? hash(key) : 0;
            bucketIndex = indexFor(hash, table.length);
        }

        createEntry(hash, key, value, bucketIndex);
    }

在添加元素的時候:如果發現當前數組已使用長度超過擴容界限,並且0索引已被使用
那麼兩倍容量地擴容resize(2 * table.length);

void resize(int newCapacity) {
        Entry[] oldTable = table;
        int oldCapacity = oldTable.length;
        if (oldCapacity == MAXIMUM_CAPACITY) {  // 舊的數組長度是否是2的30次方
            threshold = Integer.MAX_VALUE;
            return;
        }

        Entry[] newTable = new Entry[newCapacity]; // 2倍容量
        transfer(newTable, initHashSeedAsNeeded(newCapacity));
        table = newTable;
        threshold = (int)Math.min(newCapacity * loadFactor, MAXIMUM_CAPACITY + 1);
    }

擴容主要邏輯在第十行: transfer(newTable, initHashSeedAsNeeded(newCapacity));

 void transfer(Entry[] newTable, boolean rehash) {
        int newCapacity = newTable.length;
        for (Entry<K,V> e : table) {  // 遍歷舊數組
            while(null != e) { // 遍歷數組節點上的鏈表
                Entry<K,V> next = e.next;
                if (rehash) {
                    e.hash = null == e.key ? 0 : hash(e.key);
                }
                int i = indexFor(e.hash, newCapacity);
                e.next = newTable[i];  // 當前節點的的next指向數組節點
                newTable[i] = e; // 當前節點  // 頭部插入
                e = next;
            }
        }
    }

從這裏可以看出,每個鏈表上的節點移到新的鏈表上是從頭部插入的,並且從 int i = indexFor(e.hash, newCapacity);可以看出以前在同一個鏈表上的節點,在擴容之後不一定在同一個鏈表上(newCapacity是原來的2倍)

到此擴容完成,並把舊的數組遷移到新的數組上

繼續添加當前的null到新的數組上

void createEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
        Entry<K,V> e = table[bucketIndex];
        table[bucketIndex] = new Entry<>(hash, key, value, e);
        size++;
    }
 Entry(int h, K k, V v, Entry<K,V> n) {
            value = v;
            next = n;
            key = k;
            hash = h;
        }

從這裏也可以看出是頭插入:新建節點的next指向當前數組的bucketIndex上

從代碼上看:添加key != null的元素邏輯與上面講的 key = null 一樣

再來看看如何從map中取出元素

 public V get(Object key) {
        if (key == null)
            return getForNullKey();
        Entry<K,V> entry = getEntry(key);

        return null == entry ? null : entry.getValue();
    }

key = null 和key != null邏輯一樣
此處看看key != null的情況:

Entry<K,V> entry = getEntry(key);

 final Entry<K,V> getEntry(Object key) {
        if (size == 0) {
            return null;
        }

        int hash = (key == null) ? 0 : hash(key);
        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 != null && key.equals(k))))
                return e;
        }
        return null;
    }

for循環中根據key的hash找到在內部數組的索引位置,然後遍歷當前索引位置上的鏈表,一旦找到當前的key,則找到了在鏈表上的書數據,直接返回,如果沒找到,則響應null

內部數據結構: