二、HashMap的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
HashMap基于哈希表的?Map?接口的實(shí)現(xiàn)。此實(shí)現(xiàn)提供所有可選的映射操作，并允許使用?null?值和?null?鍵。（除了不同步和允許使用?null?之外，HashMap?類與?Hashtable?大致相同。）此類不保證映射的順序，特別是它不保證該順序恒久不變。
值得注意的是HashMap不是線程安全的，如果想要線程安全的HashMap，可以通過Collections類的靜態(tài)方法synchronizedMap獲得線程安全的HashMap。
Map map = Collections.synchronizedMap(newHashMap());
二、HashMap的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
HashMap的底層主要是基于數(shù)組和鏈表來實(shí)現(xiàn)的，它之所以有相當(dāng)快的查詢速度主要是因?yàn)樗峭ㄟ^計(jì)算散列碼來決定存儲的位置。HashMap中主要是通過key的hashCode來計(jì)算hash值的，只要hashCode相同，計(jì)算出來的hash值就一樣。如果存儲的對象對多了，就有可能不同的對象所算出來的hash值是相同的，這就出現(xiàn)了所謂的hash沖突。學(xué)過數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的同學(xué)都知道，解決hash沖突的方法有很多，HashMap底層是通過鏈表來解決hash沖突的。
?圖中，0~15部分即代表哈希表，也稱為哈希數(shù)組，數(shù)組的每個(gè)元素都是一個(gè)單鏈表的頭節(jié)點(diǎn)，鏈表是用來解決沖突的，如果不同的key映射到了數(shù)組的同一位置處，就將其放入單鏈表中。
從上圖我們可以發(fā)現(xiàn)哈希表是由數(shù)組+鏈表組成的，一個(gè)長度為16的數(shù)組中，每個(gè)元素存儲的是一個(gè)鏈表的頭結(jié)點(diǎn)Bucket。那么這些元素是按照什么樣的規(guī)則存儲到數(shù)組中呢。一般情況是通過hash(key)%len獲得，也就是元素的key的哈希值對數(shù)組長度取模得到。比如上述哈希表中，12%16=12,28%16=12,108%16=12,140%16=12。所以12、28、108以及140都存儲在數(shù)組下標(biāo)為12的位置。
HashMap其實(shí)也是一個(gè)線性的數(shù)組實(shí)現(xiàn)的,所以可以理解為其存儲數(shù)據(jù)的容器就是一個(gè)線性數(shù)組。這可能讓我們很不解，一個(gè)線性的數(shù)組怎么實(shí)現(xiàn)按鍵值對來存取數(shù)據(jù)呢？這里HashMap有做一些處理。
首先HashMap里面實(shí)現(xiàn)一個(gè)靜態(tài)內(nèi)部類Entry，其重要的屬性有?key?,?value,?next，從屬性key,value我們就能很明顯的看出來Entry就是HashMap鍵值對實(shí)現(xiàn)的一個(gè)基礎(chǔ)bean，我們上面說到HashMap的基礎(chǔ)就是一個(gè)線性數(shù)組，這個(gè)數(shù)組就是Entry[]，Map里面的內(nèi)容都保存在Entry[]里面。
我們看看HashMap中Entry類的代碼：
/** Entry是單向鏈表。? ?
? ? * 它是 “HashMap鏈?zhǔn)酱鎯Ψā睂?yīng)的鏈表。? ?
? ? *它實(shí)現(xiàn)了Map.Entry 接口，即實(shí)現(xiàn)getKey(), getValue(), setValue(V value), equals(Object o), hashCode()這些函數(shù)?
? ? **/?
? ? static class Entry implements Map.Entry {? ?
? ? ? ? final K key;? ?
? ? ? ? V value;? ?
? ? ? ? // 指向下一個(gè)節(jié)點(diǎn)? ? Entry next;? ?
? ? ? ? final int hash;? ?
? ? ? ? // 構(gòu)造函數(shù)。? ?
? ? ? ? // 輸入?yún)?shù)包括"哈希值(h)", "鍵(k)", "值(v)", "下一節(jié)點(diǎn)(n)"? ? Entry(inth, K k, V v, Entry n) {? ?
? ? ? ? ? ? value = v;? ?
? ? ? ? ? ? next = n;? ?
? ? ? ? ? ? key = k;? ?
? ? ? ? ? ? hash = h;? ?
? ? ? ? }? ?
? ? ? ? public final K getKey() {? ?
? ? ? ? ? ? return key;? ?
? ? ? ? }? ?
? ? ? ? public final V getValue() {? ?
? ? ? ? ? ? return value;? ?
? ? ? ? }? ?
? ? ? ? public final V setValue(V newValue) {? ?
? ? ? ? ? ? V oldValue = value;? ?
? ? ? ? ? ? value = newValue;? ?
? ? ? ? ? ? return oldValue;? ?
? ? ? ? }? ?
? ? ? ? // 判斷兩個(gè)Entry是否相等? ?
? ? ? ? // 若兩個(gè)Entry的“key”和“value”都相等，則返回true。? ?
? ? ? ? // 否則，返回false? ? ? ? ? ? public final boolean equals(Object o) {? ?
? ? ? ? ? ? if(!(o instanceof Map.Entry))? ?
? ? ? ? ? ? ? ? return false;? ?
? ? ? ? ? ? Map.Entry e = (Map.Entry)o;? ?
? ? ? ? ? ? Object k1 = getKey();? ?
? ? ? ? ? ? Object k2 = e.getKey();? ?
? ? ? ? ? ? if(k1 == k2 || (k1 !=null&& k1.equals(k2))) {? ?
? ? ? ? ? ? ? ? Object v1 = getValue();? ?
? ? ? ? ? ? ? ? Object v2 = e.getValue();? ?
? ? ? ? ? ? ? ? if(v1 == v2 || (v1 !=null&& v1.equals(v2)))? ?
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? return true;? ?
? ? ? ? ? ? }? ?
? ? ? ? ? ? return false;? ?
? ? ? ? }? ?
? ? ? ? // 實(shí)現(xiàn)hashCode()? ? public finalint hashCode() {? ?
? ? ? ? ? ? return (key==null?0: key.hashCode()) ^? ?
? ? ? ? ? ? ? ? ? (value==null?0 : value.hashCode());? ?
? ? ? ? }? ?
? ? ? ? public final String toString() {? ?
? ? ? ? ? ? return getKey() +"="+ getValue();? ?
? ? ? ? }? ?
? ? ? ? // 當(dāng)向HashMap中添加元素時(shí)，會調(diào)用recordAccess()。? ?
? ? ? ? // 這里不做任何處理? ? void recordAccess(HashMap m) {? ?
? ? ? ? }? ?
? ? ? ? // 當(dāng)從HashMap中刪除元素時(shí)，會調(diào)用recordRemoval()。? ?
? ? ? ? // 這里不做任何處理? ? void recordRemoval(HashMap m) {? ?
? ? ? ? }? ?
? ? }
HashMap其實(shí)就是一個(gè)Entry數(shù)組，Entry對象中包含了鍵和值，其中next也是一個(gè)Entry對象，它就是用來處理hash沖突的，形成一個(gè)鏈表。
先看看HashMap類中的一些關(guān)鍵屬性：
transient Entry[] table;//存儲元素的實(shí)體數(shù)組transientintsize;//存放元素的個(gè)數(shù)intthreshold;//臨界值? 當(dāng)實(shí)際大小超過臨界值時(shí)，會進(jìn)行擴(kuò)容threshold = 加載因子*容量finalfloatloadFactor;//加載因子transientintmodCount;//被修改的次數(shù)
其中l(wèi)oadFactor加載因子是表示Hsah表中元素的填滿的程度.
若:加載因子越大,填滿的元素越多,好處是,空間利用率高了,但:沖突的機(jī)會加大了.鏈表長度會越來越長,查找效率降低。
反之,加載因子越小,填滿的元素越少,好處是:沖突的機(jī)會減小了,但:空間浪費(fèi)多了.表中的數(shù)據(jù)將過于稀疏（很多空間還沒用，就開始擴(kuò)容了）
沖突的機(jī)會越大,則查找的成本越高.
因此,必須在?"沖突的機(jī)會"與"空間利用率"之間尋找一種平衡與折衷.?這種平衡與折衷本質(zhì)上是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中有名的"時(shí)-空"矛盾的平衡與折衷.
如果機(jī)器內(nèi)存足夠，并且想要提高查詢速度的話可以將加載因子設(shè)置小一點(diǎn)；相反如果機(jī)器內(nèi)存緊張，并且對查詢速度沒有什么要求的話可以將加載因子設(shè)置大一點(diǎn)。不過一般我們都不用去設(shè)置它，讓它取默認(rèn)值0.75就好了。
下面看看HashMap的幾個(gè)構(gòu)造方法：
publicHashMap(intinitialCapacity,float loadFactor) {
//確保數(shù)字合法if(initialCapacity <0)
thrownewIllegalArgumentException("Illegal initial capacity: "+? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? initialCapacity);
if(initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY)
initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY;
if(loadFactor <=0|| Float.isNaN(loadFactor))
thrownewIllegalArgumentException("Illegal load factor: "+? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? loadFactor);// Find a power of 2 >= initialCapacityintcapacity =1;//初始容量while(capacity < initialCapacity)//確保容量為2的n次冪，使capacity為大于initialCapacity的最小的2的n次冪capacity <<=1;this.loadFactor = loadFactor;threshold = (int)(capacity * loadFactor);table =new Entry[capacity];? ? ? ? init();? ? }publicHashMap(int initialCapacity) {this(initialCapacity, DEFAULT_LOAD_FACTOR);? ? }public HashMap() {this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR;threshold = (int)(DEFAULT_INITIAL_CAPACITY * DEFAULT_LOAD_FACTOR);table =new Entry[DEFAULT_INITIAL_CAPACITY];? ? ? ? init();}
我們可以看到在構(gòu)造HashMap的時(shí)候如果我們指定了加載因子和初始容量的話就調(diào)用第一個(gè)構(gòu)造方法，否則的話就是用默認(rèn)的。默認(rèn)初始容量為16，默認(rèn)加載因子為0.75。我們可以看到上面代碼中13-15行，這段代碼的作用是確保容量為2的n次冪，使capacity為大于initialCapacity的最小的2的n次冪，至于為什么要把容量設(shè)置為2的n次冪，我們等下再看。
重點(diǎn)分析下HashMap中用的最多的兩個(gè)方法put和get
下面看看HashMap存儲數(shù)據(jù)的過程是怎樣的，首先看看HashMap的put方法：
public V put(K key, V value) {
? ? // 若“key為null”，則將該鍵值對添加到table[0]中。if(key ==null)
? ? ? ? ? ? return putForNullKey(value);
? ? // 若“key不為null”，則計(jì)算該key的哈希值，然后將其添加到該哈希值對應(yīng)的鏈表中。inthash = hash(key.hashCode());
? ? //搜索指定hash值在對應(yīng)table中的索引inti = indexFor(hash, table.length);
? ? // 循環(huán)遍歷Entry數(shù)組,若“該key”對應(yīng)的鍵值對已經(jīng)存在，則用新的value取代舊的value。然后退出！for(Entry e = table[i]; e !=null; e = e.next) {
? ? ? ? ? ? Object k;
? ? ? ? ? ? ? if(e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {//如果key相同則覆蓋并返回舊值V oldValue = e.value;
? ? ? ? ? ? ? ? e.value = value;
? ? ? ? ? ? ? ? e.recordAccess(this);
? ? ? ? ? ? ? ? return oldValue;
? ? ? ? ? ? ? }
? ? ? ? }
? ? //修改次數(shù)+1modCount++;
? ? //將key-value添加到table[i]處? ? addEntry(hash, key, value, i);
? ? return null;
}
上面程序中用到了一個(gè)重要的內(nèi)部接口：Map.Entry，每個(gè)?Map.Entry?其實(shí)就是一個(gè)?key-value?對。從上面程序中可以看出：當(dāng)系統(tǒng)決定存儲?HashMap?中的?key-value?對時(shí)，完全沒有考慮?Entry?中的?value，僅僅只是根據(jù)?key?來計(jì)算并決定每個(gè)?Entry?的存儲位置。這也說明了前面的結(jié)論：我們完全可以把?Map?集合中的?value?當(dāng)成?key?的附屬，當(dāng)系統(tǒng)決定了?key?的存儲位置之后，value?隨之保存在那里即可。
我們慢慢的來分析這個(gè)函數(shù)，第2和3行的作用就是處理key值為null的情況，我們看看putForNullKey(value)方法：
private V putForNullKey(V value) {
for(Entry e = table[0]; e !=null; e = e.next) {
if(e.key ==null) {//如果有key為null的對象存在，則覆蓋掉V oldValue = e.value;
e.value = value;
e.recordAccess(this);
return oldValue;
? ? ? ? ? ? }
? ? ? ? }modCount++;addEntry(0,null, value,0);//如果鍵為null的話，則hash值為0returnnull;}
注意：如果key為null的話，hash值為0，對象存儲在數(shù)組中索引為0的位置。即table[0]
我們再回去看看put方法中第4行，它是通過key的hashCode值計(jì)算hash碼，下面是計(jì)算hash碼的函數(shù)：
//計(jì)算hash值的方法 通過鍵的hashCode來計(jì)算staticinthash(int h) {// This function ensures that hashCodes that differ only by// constant multiples at each bit position have a bounded// number of collisions (approximately 8 at default load factor).h ^= (h >>>20) ^ (h >>>12);returnh ^ (h >>>7) ^ (h >>>4);}
得到hash碼之后就會通過hash碼去計(jì)算出應(yīng)該存儲在數(shù)組中的索引，計(jì)算索引的函數(shù)如下：
staticintindexFor(inth,intlength) {//根據(jù)hash值和數(shù)組長度算出索引值returnh & (length-1);//這里不能隨便算取，用hash&(length-1)是有原因的，這樣可以確保算出來的索引是在數(shù)組大小范圍內(nèi)，不會超出}
這個(gè)我們要重點(diǎn)說下，我們一般對哈希表的散列很自然地會想到用hash值對length取模（即除法散列法），Hashtable中也是這樣實(shí)現(xiàn)的，這種方法基本能保證元素在哈希表中散列的比較均勻，但取模會用到除法運(yùn)算，效率很低，HashMap中則通過h&(length-1)的方法來代替取模，同樣實(shí)現(xiàn)了均勻的散列，但效率要高很多，這也是HashMap對Hashtable的一個(gè)改進(jìn)。
? ??接下來，我們分析下為什么哈希表的容量一定要是2的整數(shù)次冪。首先，length為2的整數(shù)次冪的話，h&(length-1)就相當(dāng)于對length取模，這樣便保證了散列的均勻，同時(shí)也提升了效率；其次，length為2的整數(shù)次冪的話，為偶數(shù)，這樣length-1為奇數(shù)，奇數(shù)的最后一位是1，這樣便保證了h&(length-1)的最后一位可能為0，也可能為1（這取決于h的值），即與后的結(jié)果可能為偶數(shù)，也可能為奇數(shù)，這樣便可以保證散列的均勻性，而如果length為奇數(shù)的話，很明顯length-1為偶數(shù)，它的最后一位是0，這樣h&(length-1)的最后一位肯定為0，即只能為偶數(shù)，這樣任何hash值都只會被散列到數(shù)組的偶數(shù)下標(biāo)位置上，這便浪費(fèi)了近一半的空間，因此，length取2的整數(shù)次冪，是為了使不同hash值發(fā)生碰撞的概率較小，這樣就能使元素在哈希表中均勻地散列。
這看上去很簡單，其實(shí)比較有玄機(jī)的，我們舉個(gè)例子來說明：
假設(shè)數(shù)組長度分別為15和16，優(yōu)化后的hash碼分別為8和9，那么&運(yùn)算后的結(jié)果如下：?
h & (table.length-1)? ? ? ? ? ? ? ? ? ? hash? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? table.length-18& (15-1)：1000&1110=10009& (15-1)：1001&1110=1000-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------8& (16-1)：1000&1111=10009& (16-1)：1001&1111=1001
從上面的例子中可以看出：
當(dāng)它們和15-1（1110）“與”的時(shí)候，產(chǎn)生了相同的結(jié)果，也就是說它們會定位到數(shù)組中的同一個(gè)位置上去，這就產(chǎn)生了碰撞，8和9會被放到數(shù)組中的同一個(gè)位置上形成鏈表，那么查詢的時(shí)候就需要遍歷這個(gè)鏈表，得到8或者9，這樣就降低了查詢的效率。同時(shí)，我們也可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)數(shù)組長度為15的時(shí)候，hash值會與15-1（1110）進(jìn)行“與”，那么?最后一位永遠(yuǎn)是0，而0001，0011，0101，1001，1011，0111，1101這幾個(gè)位置永遠(yuǎn)都不能存放元素了，空間浪費(fèi)相當(dāng)大，更糟的是這種情況中，數(shù)組可以使用的位置比數(shù)組長度小了很多，這意味著進(jìn)一步增加了碰撞的幾率，減慢了查詢的效率！
而當(dāng)數(shù)組長度為16時(shí)，即為2的n次方時(shí)，2n-1得到的二進(jìn)制數(shù)的每個(gè)位上的值都為1，這使得在低位上&時(shí)，得到的和原h(huán)ash的低位相同，加之hash(int?h)方法對key的hashCode的進(jìn)一步優(yōu)化，加入了高位計(jì)算，就使得只有相同的hash值的兩個(gè)值才會被放到數(shù)組中的同一個(gè)位置上形成鏈表。
?所以說，當(dāng)數(shù)組長度為2的n次冪的時(shí)候，不同的key算得得index相同的幾率較小，那么數(shù)據(jù)在數(shù)組上分布就比較均勻，也就是說碰撞的幾率小，相對的，查詢的時(shí)候就不用遍歷某個(gè)位置上的鏈表，這樣查詢效率也就較高了。
? ? 根據(jù)上面 put 方法的源代碼可以看出，當(dāng)程序試圖將一個(gè)key-value對放入HashMap中時(shí)，程序首先根據(jù)該 key 的 hashCode() 返回值決定該 Entry 的存儲位置：
如果兩個(gè) Entry 的 key 的 hashCode() 返回值相同，那它們的存儲位置相同。
如果這兩個(gè) Entry 的 key 通過 equals 比較返回 true，新添加 Entry 的 value 將覆蓋集合中原有 Entry 的 value，但key不會覆蓋。
如果這兩個(gè) Entry 的 key 通過 equals 比較返回 false，新添加的 Entry 將與集合中原有 Entry 形成 Entry 鏈，而且新添加的 Entry 位于 Entry 鏈的頭部——
具體說明繼續(xù)看 addEntry() 方法的說明。
voidaddEntry(inthash, K key, V value,int bucketIndex) {Entry e = table[bucketIndex];//如果要加入的位置有值，將該位置原先的值設(shè)置為新entry的next,也就是新entry鏈表的下一個(gè)節(jié)點(diǎn)table[bucketIndex] =newEntry<>(hash, key, value, e);if(size++ >= threshold)//如果大于臨界值就擴(kuò)容resize(2* table.length);//以2的倍數(shù)擴(kuò)容}
參數(shù)bucketIndex就是indexFor函數(shù)計(jì)算出來的索引值，第2行代碼是取得數(shù)組中索引為bucketIndex的Entry對象，第3行就是用hash、key、value構(gòu)建一個(gè)新的Entry對象放到索引為bucketIndex的位置，并且將該位置原先的對象設(shè)置為新對象的next構(gòu)成鏈表。
第4行和第5行就是判斷put后size是否達(dá)到了臨界值threshold，如果達(dá)到了臨界值就要進(jìn)行擴(kuò)容，HashMap擴(kuò)容是擴(kuò)為原來的兩倍。
resize()方法如下：
?重新調(diào)整HashMap的大小，newCapacity是調(diào)整后的單位
voidresize(int newCapacity) {
Entry[] oldTable = table;
intoldCapacity = oldTable.length;
if(oldCapacity == MAXIMUM_CAPACITY) {
threshold = Integer.MAX_VALUE;
return;
? ? ? ? }
Entry[] newTable =new Entry[newCapacity];transfer(newTable);//用來將原先table的元素全部移到newTable里面table = newTable;//再將newTable賦值給tablethreshold = (int)(newCapacity * loadFactor);//重新計(jì)算臨界值}
新建了一個(gè)HashMap的底層數(shù)組，上面代碼中第10行為調(diào)用transfer方法，將HashMap的全部元素添加到新的HashMap中,并重新計(jì)算元素在新的數(shù)組中的索引位置
當(dāng)HashMap中的元素越來越多的時(shí)候，hash沖突的幾率也就越來越高，因?yàn)閿?shù)組的長度是固定的。所以為了提高查詢的效率，就要對HashMap的數(shù)組進(jìn)行擴(kuò)容，數(shù)組擴(kuò)容這個(gè)操作也會出現(xiàn)在ArrayList中，這是一個(gè)常用的操作，而在HashMap數(shù)組擴(kuò)容之后，最消耗性能的點(diǎn)就出現(xiàn)了：原數(shù)組中的數(shù)據(jù)必須重新計(jì)算其在新數(shù)組中的位置，并放進(jìn)去，這就是resize。
?? 那么HashMap什么時(shí)候進(jìn)行擴(kuò)容呢？當(dāng)HashMap中的元素個(gè)數(shù)超過數(shù)組大小*loadFactor時(shí)，就會進(jìn)行數(shù)組擴(kuò)容，loadFactor的默認(rèn)值為0.75，這是一個(gè)折中的取值。也就是說，默認(rèn)情況下，數(shù)組大小為16，那么當(dāng)HashMap中元素個(gè)數(shù)超過16*0.75=12的時(shí)候，就把數(shù)組的大小擴(kuò)展為 2*16=32，即擴(kuò)大一倍，然后重新計(jì)算每個(gè)元素在數(shù)組中的位置，擴(kuò)容是需要進(jìn)行數(shù)組復(fù)制的，復(fù)制數(shù)組是非常消耗性能的操作，所以如果我們已經(jīng)預(yù)知HashMap中元素的個(gè)數(shù)，那么預(yù)設(shè)元素的個(gè)數(shù)能夠有效的提高HashMap的性能。
publicVget(Object key) {? if(key ==null)? return getForNullKey();? inthash = hash(key.hashCode());? for(Entry e = table[indexFor(hash, table.length)];? e !=null;? e = e.next) {? ? ? ? ? Object k;? if(e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k)))? return e.value;? ? ? }? returnnull;? }
有了上面存儲時(shí)的hash算法作為基礎(chǔ)，理解起來這段代碼就很容易了。從上面的源代碼中可以看出：從HashMap中g(shù)et元素時(shí)，首先計(jì)算key的hashCode，找到數(shù)組中對應(yīng)位置的某一元素，然后通過key的equals方法在對應(yīng)位置的鏈表中找到需要的元素。
歸納起來簡單地說，HashMap?在底層將?key-value?當(dāng)成一個(gè)整體進(jìn)行處理，這個(gè)整體就是一個(gè)?Entry?對象。HashMap?底層采用一個(gè)?Entry[]?數(shù)組來保存所有的?key-value?對，當(dāng)需要存儲一個(gè)?Entry?對象時(shí)，會根據(jù)hash算法來決定其在數(shù)組中的存儲位置，在根據(jù)equals方法決定其在該數(shù)組位置上的鏈表中的存儲位置；當(dāng)需要取出一個(gè)Entry時(shí)，也會根據(jù)hash算法找到其在數(shù)組中的存儲位置，再根據(jù)equals方法從該位置上的鏈表中取出該Entry。
?? HashMap 包含如下幾個(gè)構(gòu)造器：
?? HashMap()：構(gòu)建一個(gè)初始容量為 16，負(fù)載因子為 0.75 的 HashMap。
?? HashMap(int initialCapacity)：構(gòu)建一個(gè)初始容量為 initialCapacity，負(fù)載因子為 0.75 的 HashMap。
?? HashMap(int initialCapacity, float loadFactor)：以指定初始容量、指定的負(fù)載因子創(chuàng)建一個(gè) HashMap。
?? HashMap的基礎(chǔ)構(gòu)造器HashMap(int initialCapacity, float loadFactor)帶有兩個(gè)參數(shù)，它們是初始容量initialCapacity和加載因子loadFactor。
?? initialCapacity：HashMap的最大容量，即為底層數(shù)組的長度。
?? loadFactor：負(fù)載因子loadFactor定義為：散列表的實(shí)際元素?cái)?shù)目(n)/ 散列表的容量(m)。
?? 負(fù)載因子衡量的是一個(gè)散列表的空間的使用程度，負(fù)載因子越大表示散列表的裝填程度越高，反之愈小。對于使用鏈表法的散列表來說，查找一個(gè)元素的平均時(shí)間是O(1+a)，因此如果負(fù)載因子越大，對空間的利用更充分，然而后果是查找效率的降低；如果負(fù)載因子太小，那么散列表的數(shù)據(jù)將過于稀疏，對空間造成嚴(yán)重浪費(fèi)。
?? HashMap的實(shí)現(xiàn)中，通過threshold字段來判斷HashMap的最大容量：
threshold = (int)(capacity * loadFactor);
?? 結(jié)合負(fù)載因子的定義公式可知，threshold就是在此loadFactor和capacity對應(yīng)下允許的最大元素?cái)?shù)目，超過這個(gè)數(shù)目就重新resize，以降低實(shí)際的負(fù)載因子。默認(rèn)的的負(fù)載因子0.75是對空間和時(shí)間效率的一個(gè)平衡選擇。當(dāng)容量超出此最大容量時(shí)， resize后的HashMap容量是容量的兩倍：
if(size++ >= threshold)? ? ?
? ? resize(2* table.length);
?? 我們知道java.util.HashMap不是線程安全的，因此如果在使用迭代器的過程中有其他線程修改了map，那么將拋出ConcurrentModificationException，這就是所謂fail-fast策略。
?? 這一策略在源碼中的實(shí)現(xiàn)是通過modCount域，modCount顧名思義就是修改次數(shù)，對HashMap內(nèi)容的修改都將增加這個(gè)值，那么在迭代器初始化過程中會將這個(gè)值賦給迭代器的expectedModCount。
privateabstractclassHashIterator implements Iterator {
? ? ? ? Entry next;// next entry to returnintexpectedModCount;// For fast-failintindex;// current slotEntry current;// current entry? ? ? ? HashIterator() {
? ? ? ? ? ? expectedModCount = modCount;
? ? ? ? ? ? if(size >0) {// advance to first entryEntry[] t = table;
? ? ? ? ? ? ? ? while(index < t.length && (next = t[index++]) ==null)
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ;
? ? ? ? ? ? }
? ? ? ? }
? ? ? ? public final boolean hasNext() {
? ? ? ? ? ? returnnext !=null;
? ? ? ? }
? ? ? ? final Entry nextEntry() {
? ? ? ? ? ? if(modCount != expectedModCount)
? ? ? ? ? ? ? ? thrownew ConcurrentModificationException();
? ? ? ? ? ? Entry e = next;
? ? ? ? ? ? if(e ==null)
? ? ? ? ? ? ? ? thrownew NoSuchElementException();
? ? ? ? ? ? if((next = e.next) ==null) {
? ? ? ? ? ? ? ? Entry[] t = table;
? ? ? ? ? ? ? ? while(index < t.length && (next = t[index++]) ==null)
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ;
? ? ? ? ? ? }
? ? ? ? current = e;
? ? ? ? ? ? return e;
? ? ? ? }
? ? ? ? publicvoid remove() {
? ? ? ? ? ? if(current ==null)
? ? ? ? ? ? ? ? thrownew IllegalStateException();
? ? ? ? ? ? if(modCount != expectedModCount)
? ? ? ? ? ? ? ? thrownew ConcurrentModificationException();
? ? ? ? ? ? Object k = current.key;
? ? ? ? ? ? current =null;
? ? ? ? ? ? HashMap.this.removeEntryForKey(k);
? ? ? ? ? ? expectedModCount = modCount;
? ? ? ? }
? ? }
在迭代過程中，判斷modCount跟expectedModCount是否相等，如果不相等就表示已經(jīng)有其他線程修改了Map：
?? 注意到modCount聲明為volatile，保證線程之間修改的可見性。
final Entry nextEntry() {? ? ? if(modCount != expectedModCount)? ? ? thrownewConcurrentModificationException();
在HashMap的API中指出：
?? 由所有HashMap類的“collection 視圖方法”所返回的迭代器都是快速失敗的：在迭代器創(chuàng)建之后，如果從結(jié)構(gòu)上對映射進(jìn)行修改，除非通過迭代器本身的 remove 方法，其他任何時(shí)間任何方式的修改，迭代器都將拋出 ConcurrentModificationException。因此，面對并發(fā)的修改，迭代器很快就會完全失敗，而不冒在將來不確定的時(shí)間發(fā)生任意不確定行為的風(fēng)險(xiǎn)。
?? 注意，迭代器的快速失敗行為不能得到保證，一般來說，存在非同步的并發(fā)修改時(shí)，不可能作出任何堅(jiān)決的保證?？焖偈〉鞅M最大努力拋出 ConcurrentModificationException。因此，編寫依賴于此異常的程序的做法是錯(cuò)誤的，正確做法是：迭代器的快速失敗行為應(yīng)該僅用于檢測程序錯(cuò)誤
參考鏈接:
深入Java集合學(xué)習(xí)系列：HashMap的實(shí)現(xiàn)原理
分類:?Java集合
