1. 初次看源碼的童鞋，需要靜下心來一步步走，多嘗試幾次就可以，一定要穩住。
2. 先理解什麼是HashMap
在JDK1.7和之前，HashMap使用的數據結構是數組+ 鏈表，JDK1.7之後，使用的數據結構是數組+ 鏈表/紅黑樹，紅黑樹的插入，查找，刪除等操作，平均複雜度均爲O(logn)。
哈希表添加，刪除，查找等操作，性能十分之高，不考慮哈希衝突，時間複雜度爲O(1)即可完成。一般是我們key，通過hash函數f進行映射，取餘後得到數組下標（有時候也叫做桶下標）進行插入，如：key --> f (key) % n --> index。當遇到hash衝突的時候，一般解決方法是線性探針法和拉鍊法（也稱鏈地址法），HashMap中hash衝突使用拉鍊法。
結構圖如圖所示 ： 傳送門
2.源碼分析，戳進HashMap類中。源碼先從構造搞起
2.1 在分析構造函數前，先看看定義的幾個關鍵變量
// 默認容量爲16
static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4;
// 最大容量爲2^30
static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;
// 有人會問爲什麼不設置成1<<31？因爲有符號整形表示的範圍爲-2^31~2^31-1,因此溢出爲最小負值。
//那爲什麼是不是(1<<31)-1?因爲hash運算過程中要求擴容大小爲2的n次冪，從而減小哈希碰撞，-1不滿足冪次運算
// 也就是說大小爲16的HashMap，到了第13個元素，就會擴容成32。
static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;
// 桶上鍊接的節點數大於等於8鏈表轉成紅黑樹
static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8;
// 桶上鍊接的節點數小於等於6退化成鏈表
static final int UNTREEIFY_THRESHOLD = 6;
// 最小的紅黑樹容量，允許存在64個節點，大於則調整
static final int MIN_TREEIFY_CAPACITY = 64;
// 定義裝填因子
final float loadFactor;
// 爲capacity*loadFactory，此時大於threshold則進行擴容
int threshold;
2.2 4種構造方法
- 無參構造方法
public HashMap() {
this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR; // all other fields defaulted
}
- 有容量參數的構造方法
public HashMap(int initialCapacity) {
// 其實調用了HashMap(int initialCapacity, float loadFactor)
this(initialCapacity, DEFAULT_LOAD_FACTOR);
}
- 帶容量參數和裝填因子的構造方法
public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {
if (initialCapacity < 0)
throw new IllegalArgumentException("Illegal initial capacity: " + initialCapacity);
// 如果初始容量大於最大容量,則等於最大容量
if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY)
initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY;
// 如果參數裝填因子小於0或者裝填因子是非浮點型，拋出參數非法
if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor))
throw new IllegalArgumentException("Illegal load factor: " + loadFactor);
this.loadFactor = loadFactor;
// 調用tableSizeFor,運算過程如下
this.threshold = tableSizeFor(initialCapacity);
}
其中調用了tableSizeFor()方法，返回一個值大於cap且最接近cap的2正數的冪次。
static final int tableSizeFor(int cap) {
// 防止當前容量已經滿足2的冪次
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;
}
這段代碼移位操作比較麻煩，我自己debug並參考了其他人文章才理解，建議手動模擬操作一下就十分好理解。爲什麼這麼操作，參考一篇博客：傳送門
第一次右移
n |= n >>> 1;
由於n不等於0，則n的二進制表示中總會有一bit爲1，這時考慮最高位的1。通過無符號右移1位，則將最高位的1右移了1位，再做或操作，使得n的二進制表示中與最高位的1緊鄰的右邊一位也爲1，如0000 1xxx xxxx xxxx
第二次右移
n |= n >>> 2;
注意，這個n已經經過了n |= n >>> 1; 操作。假設此時n爲0000 11xx xxxx xxxx，則n無符號右移兩位，會將最高位兩個連續的1右移兩位，然後再與原來的n做或操作，這樣n的二進制表示的高位中會有4個連續的1。如0000 1111 xxxx xxxx
第三次右移
n |= n >>> 4;
這次把已經有的高位中的連續的4個1，右移4位，再做或操作，這樣n的二進制表示的高位中會有8個連續的1。如0000 1111 1111 xxxx
最後
n |= n >>> 16; ，最多也就32個1，可以保證最高位後面的全部置爲1，但是這時已經大於了MAXIMUM_CAPACITY ，所以取值到MAXIMUM_CAPACITY 。
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- 調用參數爲map類型的構造方法，其實做的就是一個新的深拷貝（debug就可以看到，變動原map，新的構造方法map值不變）
public HashMap(Map<? extends K, ? extends V> m) {
this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR;
// 構造一個和指定Map有相同類型的HashMap,其實就是參數的深拷貝
putMapEntries(m, false);
}
其中調用了putMapEntries()方法，源碼如下
final void putMapEntries(Map<? extends K, ? extends V> m, boolean evict) {
// 傳入的參數m的大小
int s = m.size();
if (s > 0) {
// 如果table沒有被初始化
if (table == null) { // pre-size
// 初始化新的HashMap容量
float ft = ((float)s / loadFactor) + 1.0F;
// t表示真正需要的容量
int t = ((ft < (float)MAXIMUM_CAPACITY) ?
(int)ft : MAXIMUM_CAPACITY);
// 得到要創建的初始容量，爲2的冪次個，存入threshold
if (t > threshold)
threshold = tableSizeFor(t);
}
// 當初始化過後，則重新調整容量大小
else if (s > threshold)
resize();
// 遍歷map中的元素
for (Map.Entry<? extends K, ? extends V> e : m.entrySet()) {
K key = e.getKey();
V value = e.getValue();
// 調用函數，將hash值key，key，value存入到桶中
putVal(hash(key), key, value, false, evict);
}
}
}
其中調用了resize()方法和putVal()方法和hash()方法，源碼如下：
final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent, boolean evict) {
// tab爲放節點的桶，p爲節點，他們只是被封裝成了Node結構
Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, i;
// 如果桶是新桶沒有內容或者桶長度爲空，則調用resize得到需要的槽，resize操作如下---
if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
n = (tab = resize()).length;
// （n -1） & hash表示得到key經過hash映射後的索引，p = tab[i]表示指向key要放的位置
// 當p爲空即第一次放時候，調用newNode創建一個頭節點
if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
// 如果要放的位置已經有元素了，分兩種情況
// 1. key值相同，則替換val
// 2. key值不同，則存於鏈表中或者紅黑樹中
else {
Node<K,V> e; K k;
// 情況1，如果要放的key的hash值相等（衝突）且 （key相同或（key不爲空且equal判等））
if (p.hash == hash &&
((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
// 則p指向該節點
e = p;
// 情況2，如果現在p節點爲紅黑樹結構，則放入到紅黑樹中
else if (p instanceof TreeNode)
e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
// 否則放入到鏈表中
else {
// 遍歷鏈表
for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
// 如果遍歷到最後一個節點，即沒有找到key值相同的，則生成一個新節點
if ((e = p.next) == null) {
// 生成新節點，放到鏈表的尾部
p.next = newNode(hash, key, value, null);
// 放完後進行判斷，是否需要升級成紅黑樹，大於8則轉換成紅黑樹
if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st
treeifyBin(tab, hash);
break;
}
// 如果遍歷中途發現key的hash值映射相同，且要放置的key與映射位置的key相同或（key不爲空且equal判等）
if (e.hash == hash &&
((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
break;
// 則p指向該節點
p = e;
}
}
// 如果映射的key指針e不爲空，則進行替換值
if (e != null) { // existing mapping for key
// 將舊值保存
V oldValue = e.value;
// 用新值替換舊值
if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
e.value = value;
//
afterNodeAccess(e);
return oldValue;
}
}
// modeCount用來記錄是否變化，hashmap使用fast-fail迭代機制，如果在迭代過程中發現modecount是否爲exceptedmodecount，如果不是則返回異常
++modCount;
// 如果容量大於門限，則調整容量
if (++size > threshold)
resize();
afterNodeInsertion(evict);
return null;
}
hash()方法源碼如下:
static final int hash(Object key) {
int h;
// hashCode()調用的是頂層Object類的native函數 "public native int hashCode();"，目的是爲了得到key的hashCode值
// hashmap允許放key爲null的值，當爲null，則表示位於桶0號位置，爲什麼會用異或一個無符號右移的16位置自己？
// 這樣做的目的是爲了讓hash更隨機，高位右移與高位異或，高位保留了信息，低位也保留了高位的信息，隨機性大
return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
}
resize()方法源碼如下:
final Node<K,V>[] resize() {
// oldTab保存舊的table
Node<K,V>[] oldTab = table;
// 得到舊的oldTab的容量，門限值
int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length;
int oldThr = threshold;
// 新的table容量，門限值
int newCap, newThr = 0;
// 當原來的表不是空的，即有值
if (oldCap > 0) {
// 如果舊的桶大於最大容量，則直接讓門限值爲最大整型值，這樣以後就不用自動擴容了
if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) {
threshold = Integer.MAX_VALUE;
return oldTab;
}
// 新容量爲舊的 * 2，且小於最大容量，且舊容量大於默認初始容量
else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY &&
oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)
// 前面定義的新門限也翻倍
newThr = oldThr << 1; // double threshold
}
// 如果之前的oldCap <= 0,表示新創建的HashMap，如果oldThr > 0，表示調用HashMap構造函數HashMap(int initialCapacity)成功並初始化了
else if (oldThr > 0) // initial capacity was placed in threshold
newCap = oldThr;
// 如果之前的oldCap<= 0 且oldThr < 0 表示調用HashMap空參構造函數HashMap()成功
else { // zero initial threshold signifies using defaults
// 使用默認值初始化
newCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY;
newThr = (int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY);
}
// 如果新的門限值爲0，對於新創建的HashMap需要計算它的應該門限值
if (newThr == 0) {
float ft = (float)newCap * loadFactor;
newThr = (newCap < MAXIMUM_CAPACITY && ft < (float)MAXIMUM_CAPACITY ?
(int)ft : Integer.MAX_VALUE);
}
threshold = newThr;
// 壓制警告，這是註解的知識
@SuppressWarnings({"rawtypes","unchecked"})
// 初始化table
Node<K,V>[] newTab = (Node<K,V>[])new Node[newCap];
table = newTab;
// 如果舊錶不爲空
if (oldTab != null) {
遍歷舊錶
for (int j = 0; j < oldCap; ++j) {
Node<K,V> e;
// 得到舊錶桶的每個放置桶，如果不爲空
if ((e = oldTab[j]) != null) {
// 舊置空
oldTab[j] = null;
// 如果該節點後面沒有掛載其他節點，即單個節點，重新定位放置，否則判斷
if (e.next == null)
newTab[e.hash & (newCap - 1)] = e;
// 如果後面還有，且爲紅黑樹節點，則進行紅黑樹的重新hash映射找位置放
else if (e instanceof TreeNode)
((TreeNode<K,V>)e).split(this, newTab, j, oldCap);
// 如果後面還有，且爲鏈表節點，則重新hash映射後鏈起來
else { // preserve order
Node<K,V> loHead = null, loTail = null;
Node<K,V> hiHead = null, hiTail = null;
Node<K,V> next;
do {
next = e.next;
// 如果當前桶指向的元素與舊元素hash值相同，說明重新hash後位置不變
if ((e.hash & oldCap) == 0) {
if (loTail == null)
loHead = e;
else
loTail.next = e;
loTail = e;
}
// 否則爲變化的鏈表
else {
if (hiTail == null)
hiHead = e;
else
hiTail.next = e;
hiTail = e;
}
} while ((e = next) != null);
// 後面就是一些鏈表操作處理了
if (loTail != null) {
loTail.next = null;
newTab[j] = loHead;
}
if (hiTail != null) {
hiTail.next = null;
newTab[j + oldCap] = hiHead;
}
}
}
}
}
return newTab;
}
resize()結構圖如下：傳送門
3. 大體流程結構圖(參考原文：傳送門)
4. 總結
比較新手，也參考了一些文章。建議看源碼不舒服的，使用debug一步步走下去，然後看着註釋理解就ok，不懂就參考幾個一起看，理解就會更深刻。看加整理耗費了好幾天，如果有疏漏，懇請指正。