源码剖析（一） HashMap

用了2年的hashmap，一直都是看别人的博文，懂了一点原理，今天点进 jdk1.8 的源码，从头理顺它。

1. 从数据结构上来看，hashmap采用数组+链表+红黑树（当hashmap的size >= 64 && 单个链表长度>8 ）的方式来达到最快的访问速度
2. 从算法上来看，hashmap最主要的就是采用了hash算法

HashMap类的属性

// 默认的初始容量是16
    static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4;   
    // 最大容量
    static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30; 
    // 默认的填充因子
    static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;
    // 结点数大于这个值（并且size > 64时）时会转成红黑树，泊松分布的计算公式，链表中元素个数为8时的概率已经非常小
    static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8; 
    // 当桶(bucket)上的结点数小于这个值时树转链表
    static final int UNTREEIFY_THRESHOLD = 6;
    // 桶中结构转化为红黑树对应的table的最小大小
    static final int MIN_TREEIFY_CAPACITY = 64;
    // 存储元素的数组，总是2的幂次倍
    transient Node<k,v>[] table; 
    // 具体元素的集
    transient Set<map.entry<k,v>> entrySet;
    // 元素的个数。
    transient int size;
    // 每次扩容和更改map结构的计数器
    transient int modCount;   
    // 临界值 当实际大小(容量*填充因子)超过临界值时，会进行扩容
    int threshold;
    // 填充因子 
    final float loadFactor;

 

Hash算法

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

1. 初始化h
2. 调用object类的hashCode方法，算出值
3. 将2得到的值转换成二进制 右移16位，将高16位换到低16位，原高16位补0（使用高16位参与运算为了降低hash冲突）
4. 将2的值和3的值 做^（异或）运算
5. 此方法当key！= null 时，返回4的值 

put()方法

final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,
                   boolean evict) {
        //tab 哈希桶   // p 哈希桶上的节点
        Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, i;
        //如果table未初始化为空 或者 table的长度为0，执行resize()方法，初始化hashMap
        if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
            n = (tab = resize()).length;
        //计算i=长度-1 和 hash值  进行与运算，相当于进行取模，拿到tab数组上的位置，判断是否为        
         空，为空则新建一个Node对象，并放在tab数组上
        if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
            tab[i] = newNode(hash, key, value, null);

        //tab数组当前位置存在对象，产生了hash冲突
        else {
            Node<K,V> e; K k;
        //此时，p为tab数组上与当前产生哈希碰撞的 Node对象
          //hash值相同，key值相同，直接覆盖
            if (p.hash == hash &&
                ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                e = p;
          //如果p是红黑树节点，那么调用红黑树的put方法
            else if (p instanceof TreeNode)
                e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
          //碰撞位置为链表
            else {
                for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
                //对链表进行遍历，找到末尾的节点
                    if ((e = p.next) == null) {
                    //创建新的节点,插在链表末尾
                        p.next = newNode(hash, key, value, null);
                        //判断链表长度是否 >= 8 - 1时，转为红黑树，跳出循环
                        if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st
                            treeifyBin(tab, hash);
                        break;
                    }
                    //// 判断链表中结点的key值与插入的元素的key值是否相等
                    if (e.hash == hash &&
                        ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                        break;
                    p = e;
                }
            }
            //找到key值和hash值都相同的点，直接替换value值，并返回
            if (e != null) { // existing mapping for key
                V oldValue = e.value;
                if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
                    e.value = value;
                afterNodeAccess(e);
                return oldValue;
            }
        }
        //结构性修改，记录被修改的次数
        ++modCount;
        //如果 size值 大于阈值，扩容
        if (++size > threshold)
            resize();
        afterNodeInsertion(evict);
        return null;
    }

resize()方法

final Node<K,V>[] resize() {
        //初始化获得原数组，oldCap原数组长度，oldTHr原阈值，newCap新长度, newThr新阈值
        Node<K,V>[] oldTab = table;
        int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length;
        int oldThr = threshold;
        int newCap, newThr = 0;
        
        if (oldCap > 0) {
            //如果原数组长度>=最大容量，阈值为Integer的最大，2的32次幂
            if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) {
                threshold = Integer.MAX_VALUE;
                return oldTab;
            }
            //新的数组长度为原数组长度*2，新的阈值为原阈值*2
            else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY &&
                     oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)
                newThr = oldThr << 1; // double threshold
        }
        //原数组未初始化，初始化参数
        else if (oldThr > 0) // initial capacity was placed in threshold
            newCap = oldThr;
        else {               // zero initial threshold signifies using defaults
            newCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY;
            newThr = (int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY);
        }
        if (newThr == 0) {
            float ft = (float)newCap * loadFactor;
            newThr = (newCap < MAXIMUM_CAPACITY && ft < (float)MAXIMUM_CAPACITY ?
                      (int)ft : Integer.MAX_VALUE);
        }
        //创建新的阈值，创建新的数组空间
        threshold = newThr;
        @SuppressWarnings({"rawtypes","unchecked"})
            Node<K,V>[] newTab = (Node<K,V>[])new Node[newCap];
        table = newTab;
        //原数组不为空，需要将原数组的元素，重新计算放到新数组上
        if (oldTab != null) {
            for (int j = 0; j < oldCap; ++j) {
                Node<K,V> e;
                //e为原来的元素
                if ((e = oldTab[j]) != null) {
                    oldTab[j] = null;
                    //此处元素为单个元素，新的位置为hash & 长度-1
                    if (e.next == null)
                        newTab[e.hash & (newCap - 1)] = e;
                    //元素为红黑树，调用红黑树方法
                    else if (e instanceof TreeNode)
                        ((TreeNode<K,V>)e).split(this, newTab, j, oldCap);
                    //元素为链表
                    else { // preserve order
                        Node<K,V> loHead = null, loTail = null;
                        Node<K,V> hiHead = null, hiTail = null;
                        Node<K,V> next;
                        do {
                            //遍历链表，并将链表节点按原顺序进行分组
                            next = e.next;
                            if ((e.hash & oldCap) == 0) {
                                if (loTail == null)
                                    loHead = e;
                                else
                                    loTail.next = e;
                                loTail = e;
                            }
                            else {
                                if (hiTail == null)
                                    hiHead = e;
                                else
                                    hiTail.next = e;
                                hiTail = e;
                            }
                        } while ((e = next) != null);

                        // 将分组后的链表映射到新桶中
                        //这种说明元素的hash 第5位为0   类似00000000
                        if (loTail != null) {
                            loTail.next = null;
                            newTab[j] = loHead;
                        }
                        //这种说明元素的hash 第5位为1   类似00010000
                        if (hiTail != null) {
                            hiTail.next = null;
                            newTab[j + oldCap] = hiHead;
                        }
                    }
                }
            }
        }
        return newTab;
    }

创建一个hashmap

Map map = new HashMap<>();