Java_HashMap（JDK8）

基本屬性

// 初始化容量，必須要2的n次冪
static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; // aka 16

// 負載因子默認值
static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;

// 需要從鏈表轉換爲紅黑樹時,鏈表節點的最小長度
// 依據泊松分佈，單個鏈表超過8個元素的機率十分小了，所以爲8；
static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8;

// 轉換爲紅黑樹時數組的最小容量
static final int MIN_TREEIFY_CAPACITY = 64;

// resize操作時,紅黑樹節點個數小於6則轉換爲鏈表。
static final int UNTREEIFY_THRESHOLD = 6;

// HashMap閾值，用於判斷是否需要擴容(threshold = 容量*loadFactor)
int threshold;

// 負載因子
final float loadFactor;

// 鏈表節點
static class Node<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
  final int hash;
  final K key;
  V value;
  Node<K,V> next;

}

// 保存數據的數組
transient Node<K,V>[] table;

// 紅黑樹節點
static final class TreeNode<K,V> extends LinkedHashMap.Entry<K,V> {
  TreeNode<K,V> parent;  // red-black tree links
  TreeNode<K,V> left;
  TreeNode<K,V> right;
  TreeNode<K,V> prev;    // needed to unlink next upon deletion
  boolean red;
}

hash()

高16位於低16位異或，降低了hash衝突機率

static final int hash(Object key) {
    int h;
    return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
}

tableSizeFor()

構造器可以傳入初始容量參數，如果不是2的冪，會被轉化成大於所傳參數最接近的2的冪。

static final int tableSizeFor(int cap) {
    int n = cap - 1;
    n |= n >>> 1;
    n |= n >>> 2;
    n |= n >>> 4;
    n |= n >>> 8;
    n |= n >>> 16;
    return (n < 0) ? 1 : (n >= MAXIMUM_CAPACITY) ? MAXIMUM_CAPACITY : n + 1;
}

put()

• 第一次添加元素時，table爲null，初始化table數組
• 計算對應的數組下標(n - 1) & hash
• 如果這個槽還沒有數據，直接插入
• 如果key已經存在，替換value
• 如果該鏈表已經轉換成紅黑樹，在樹中插入元素
• 如果是鏈表，遍歷鏈表，遇到相同key，替換value，否則在鏈表尾部插入元素（尾插法，防止出現死循環）
• 如果鏈表長度>8,轉換爲紅黑樹
• 最後判斷是否超過閾值需要擴容

public V put(K key, V value) {
  return putVal(hash(key), key, value, false, true);
}

final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent, boolean evict) {
  Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, i;
  // 1. table 爲 null，初始化哈希桶數組
  if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
    n = (tab = resize()).length;
  // 2. 計算對應的數組下標 (n - 1) & hash
  if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
    // 3. 這個槽還沒有插入過數據，直接插入
    tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
  else {
    Node<K,V> e; K k;
    // 4. 節點 key 存在，直接覆蓋 value
    if (p.hash == hash && ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
      e = p;
    // 5. 該鏈轉成了紅黑樹
    else if (p instanceof TreeNode) // 在樹中插入
      e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
    // 6. 該鏈是鏈表
    else {
      for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
        // 遍歷找到尾節點插入
        if ((e = p.next) == null) {
          p.next = newNode(hash, key, value, null);
          // 鏈表長度大於 8 轉爲紅黑樹
          if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st
            treeifyBin(tab, hash);
          break;
        }
        // 遍歷的過程中，遇到相同 key 則覆蓋 value
        if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
          break;
        p = e;
      }
    }
    if (e != null) { // existing mapping for key
      V oldValue = e.value;
      if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
        e.value = value;
      afterNodeAccess(e);
      return oldValue;
    }
  }
  ++modCount;
  // 7. 超過最大容量，擴容
  if (++size > threshold)
    resize();
  afterNodeInsertion(evict);
  return null;
}

resize()

因爲擴容的新容量爲舊容量的兩倍，也就是二進制向左移一位，這樣再進行(n - 1) & hash計算分配桶的時候，就會有兩種情況，一種是元素索引不變，一種是元素索引變成原索引+舊容量。

final Node<K,V>[] resize() {
  //擴容前節點數組
  Node<K,V>[] oldTab = table;
  //擴容前容量
  int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length;
  //擴容前閾值
  int oldThr = threshold;
  int newCap, newThr = 0;
  if (oldCap > 0) {
    // 超過最大值，不在擴容
    if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) {
      threshold = Integer.MAX_VALUE;
      return oldTab;
    }// 否則擴大爲原來的 2 倍
    else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY &&
           oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)
      newThr = oldThr << 1; // double threshold
  }
  else if (oldThr > 0) // initial capacity was placed in threshold
    // 初始化時，threshold 暫時保存 initialCapacity 參數的值
    newCap = oldThr;
  else {               // zero initial threshold signifies using defaults
    newCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY;
    newThr = (int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY);
  }
  // 計算新的 resize 上限
  if (newThr == 0) {
      float ft = (float)newCap * loadFactor;
      newThr = (newCap < MAXIMUM_CAPACITY && ft < (float)MAXIMUM_CAPACITY ?
                (int)ft : Integer.MAX_VALUE);
  }
  threshold = newThr;
  @SuppressWarnings({"rawtypes","unchecked"})
    Node<K,V>[] newTab = (Node<K,V>[])new Node[newCap];
  table = newTab;
  // 將舊的鍵值對移動到新的哈希桶數組中
  if (oldTab != null) {
    for (int j = 0; j < oldCap; ++j) {
      Node<K,V> e;
      if ((e = oldTab[j]) != null) {
        oldTab[j] = null;
        if (e.next == null) // 無鏈條
          newTab[e.hash & (newCap - 1)] = e;
        else if (e instanceof TreeNode)
          // 拆紅黑樹，先拆成兩個子鏈表，再分別按需轉成紅黑樹
          ((TreeNode<K,V>)e).split(this, newTab, j, oldCap);
        else { // preserve order
          // 拆鏈表，拆成兩個子鏈表並保持原有順序
          Node<K,V> loHead = null, loTail = null;
          Node<K,V> hiHead = null, hiTail = null;
          Node<K,V> next;
          do {
            next = e.next;
            // 原位置不變的子鏈表
            if ((e.hash & oldCap) == 0) {
              if (loTail == null)
                loHead = e;
              else
                loTail.next = e;
              loTail = e;
            }
            // 原位置偏移 oldCap 的子鏈表
            else {
              if (hiTail == null)
                hiHead = e;
              else
                hiTail.next = e;
              hiTail = e;
            }
          } while ((e = next) != null);
          // 放到新的哈希桶中
          if (loTail != null) {
            loTail.next = null;
            newTab[j] = loHead;
          }
          if (hiTail != null) {
            hiTail.next = null;
            newTab[j + oldCap] = hiHead;
          }
        }
      }
    }
  }
  return newTab;
}

treeifyBin()

final void treeifyBin(Node<K,V>[] tab, int hash) {
  int n, index; Node<K,V> e;
  // 如果哈希桶容量小於樹化的最小容量，優先進行擴容
  if (tab == null || (n = tab.length) < MIN_TREEIFY_CAPACITY)
    resize();
  else if ((e = tab[index = (n - 1) & hash]) != null) {
    TreeNode<K,V> hd = null, tl = null;
    do { // 將普通節點轉爲樹形節點
      TreeNode<K,V> p = replacementTreeNode(e, null);
      if (tl == null)
        hd = p;
      else {
        p.prev = tl;
        tl.next = p;
      }
      tl = p;
      // 把原來的單鏈錶轉成了雙向鏈表
    } while ((e = e.next) != null);
    if ((tab[index] = hd) != null)
      hd.treeify(tab); // 將鏈表轉爲紅黑樹
  }
}
TreeNode<K,V> replacementTreeNode(Node<K,V> p, Node<K,V> next) {
  return new TreeNode<>(p.hash, p.key, p.value, next);
}