HashMap簡介
- HashMap是基于哈希表實現(xiàn)的，每一個元素都是一個key-value對，其內(nèi)部通過單鏈表解決沖突問題，容量不足（超過了閾值）時，同樣會自動增長。
- HashMap是非線程安全的，只是用于單線程環(huán)境下，多線程環(huán)境下可以采用concurrent并發(fā)包下的concurrentHashMap。
- HashMap實現(xiàn)了Serializable接口，因此它支持序列化，實現(xiàn)了Cloneable接口，能被克隆。
HashMap源碼剖析
HashMap的源碼如下（加入了比較詳細的注釋）：
package java.util;
import java.io.*;
public class HashMap<K,V>
extends AbstractMap<K,V>
implements Map<K,V>, Cloneable, Serializable
{
// 默認的初始容量（容量為HashMap中槽的數(shù)目）是16，且實際容量必須是2的整數(shù)次冪。
static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 16;
// 最大容量（必須是2的冪且小于2的30次方，傳入容量過大將被這個值替換）
static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;
// 默認加載因子為0.75
static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;
// 存儲數(shù)據(jù)的Entry數(shù)組，長度是2的冪。
// HashMap采用鏈表法解決沖突，每一個Entry本質(zhì)上是一個單向鏈表
transient Entry[] table;
// HashMap的底層數(shù)組中已用槽的數(shù)量
transient int size;
// HashMap的閾值，用于判斷是否需要調(diào)整HashMap的容量（threshold = 容量*加載因子）
int threshold;
// 加載因子實際大小
final float loadFactor;
// HashMap被改變的次數(shù)
transient volatile int modCount;
// 指定“容量大小”和“加載因子”的構(gòu)造函數(shù)
public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {
if (initialCapacity < 0)
throw new IllegalArgumentException("Illegal initial capacity: " +
initialCapacity);
// HashMap的最大容量只能是MAXIMUM_CAPACITY
if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY)
initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY;
//加載因此不能小于0
if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor))
throw new IllegalArgumentException("Illegal load factor: " +
loadFactor);
// 找出“大于initialCapacity”的最小的2的冪
int capacity = 1;
while (capacity < initialCapacity)
capacity <<= 1;
// 設(shè)置“加載因子”
this.loadFactor = loadFactor;
// 設(shè)置“HashMap閾值”，當(dāng)HashMap中存儲數(shù)據(jù)的數(shù)量達到threshold時，就需要將HashMap的容量加倍。
threshold = (int)(capacity * loadFactor);
// 創(chuàng)建Entry數(shù)組，用來保存數(shù)據(jù)
table = new Entry[capacity];
init();
}
// 指定“容量大小”的構(gòu)造函數(shù)
public HashMap(int initialCapacity) {
this(initialCapacity, DEFAULT_LOAD_FACTOR);
}
// 默認構(gòu)造函數(shù)。
public HashMap() {
// 設(shè)置“加載因子”為默認加載因子0.75
this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR;
// 設(shè)置“HashMap閾值”，當(dāng)HashMap中存儲數(shù)據(jù)的數(shù)量達到threshold時，就需要將HashMap的容量加倍。
threshold = (int)(DEFAULT_INITIAL_CAPACITY * DEFAULT_LOAD_FACTOR);
// 創(chuàng)建Entry數(shù)組，用來保存數(shù)據(jù)
table = new Entry[DEFAULT_INITIAL_CAPACITY];
init();
}
// 包含“子Map”的構(gòu)造函數(shù)
public HashMap(Map<? extends K, ? extends V> m) {
this(Math.max((int) (m.size() / DEFAULT_LOAD_FACTOR) + 1,
DEFAULT_INITIAL_CAPACITY), DEFAULT_LOAD_FACTOR);
// 將m中的全部元素逐個添加到HashMap中
putAllForCreate(m);
}
//求hash值的方法，重新計算hash值
static int hash(int h) {
h ^= (h >>> 20) ^ (h >>> 12);
return h ^ (h >>> 7) ^ (h >>> 4);
}
// 返回h在數(shù)組中的索引值，這里用&代替取模，旨在提升效率
// h & (length-1)保證返回值的小于length
static int indexFor(int h, int length) {
return h & (length-1);
}
public int size() {
return size;
}
public boolean isEmpty() {
return size == 0;
}
// 獲取key對應(yīng)的value
public V get(Object key) {
if (key == null)
return getForNullKey();
// 獲取key的hash值
int hash = hash(key.hashCode());
// 在“該hash值對應(yīng)的鏈表”上查找“鍵值等于key”的元素
for (Entry<K,V> e = table[indexFor(hash, table.length)];
e != null;
e = e.next) {
Object k;
//判斷key是否相同
if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k)))
return e.value;
}
//沒找到則返回null
return null;
}
// 獲取“key為null”的元素的值
// HashMap將“key為null”的元素存儲在table[0]位置，但不一定是該鏈表的第一個位置！
private V getForNullKey() {
for (Entry<K,V> e = table[0]; e != null; e = e.next) {
if (e.key == null)
return e.value;
}
return null;
}
// HashMap是否包含key
public boolean containsKey(Object key) {
return getEntry(key) != null;
}
// 返回“鍵為key”的鍵值對
final Entry<K,V> getEntry(Object key) {
// 獲取哈希值
// HashMap將“key為null”的元素存儲在table[0]位置，“key不為null”的則調(diào)用hash()計算哈希值
int hash = (key == null) ? 0 : hash(key.hashCode());
// 在“該hash值對應(yīng)的鏈表”上查找“鍵值等于key”的元素
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;
}
// 將“key-value”添加到HashMap中
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。
int hash = hash(key.hashCode());
int i = indexFor(hash, table.length);
for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) {
Object k;
// 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！
if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {
V oldValue = e.value;
e.value = value;
e.recordAccess(this);
return oldValue;
}
}
// 若“該key”對應(yīng)的鍵值對不存在，則將“key-value”添加到table中
modCount++;
//將key-value添加到table[i]處
addEntry(hash, key, value, i);
return null;
}
// putForNullKey()的作用是將“key為null”鍵值對添加到table[0]位置
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;
}
}
// 如果沒有存在key為null的鍵值對，則直接移動到table[0]處!
modCount++;
addEntry(0, null, value, 0);
return null;
}
// 創(chuàng)建HashMap對應(yīng)的“添加方法”，
// 它和put()不同。putForCreate()是內(nèi)部方法，它被構(gòu)造函數(shù)等調(diào)用，用來創(chuàng)建HashMap
// 而put()是對外提供的往HashMap中添加元素的方法。
private void putForCreate(K key, V value) {
int hash = (key == null) ? 0 : hash(key.hashCode());
int i = indexFor(hash, table.length);
// 若該HashMap表中存在“鍵值等于key”的元素，則替換該元素的value值
for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) {
Object k;
if (e.hash == hash &&
((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) {
e.value = value;
return;
}
}
// 若該HashMap表中不存在“鍵值等于key”的元素，則將該key-value添加到HashMap中
createEntry(hash, key, value, i);
}
// 將“m”中的全部元素都添加到HashMap中。
// 該方法被內(nèi)部的構(gòu)造HashMap的方法所調(diào)用。
private void putAllForCreate(Map<? extends K, ? extends V> m) {
// 利用迭代器將元素逐個添加到HashMap中
for (Iterator<? extends Map.Entry<? extends K, ? extends V>> i = m.entrySet().iterator(); i.hasNext(); ) {
Map.Entry<? extends K, ? extends V> e = i.next();
putForCreate(e.getKey(), e.getValue());
}
}
// 重新調(diào)整HashMap的大小，newCapacity是調(diào)整后的容量
void resize(int newCapacity) {
Entry[] oldTable = table;
int oldCapacity = oldTable.length;
//如果就容量已經(jīng)達到了最大值，則不能再擴容，直接返回
if (oldCapacity == MAXIMUM_CAPACITY) {
threshold = Integer.MAX_VALUE;
return;
}
// 新建一個HashMap，將“舊HashMap”的全部元素添加到“新HashMap”中，
// 然后，將“新HashMap”賦值給“舊HashMap”。
Entry[] newTable = new Entry[newCapacity];
transfer(newTable);
table = newTable;
threshold = (int)(newCapacity * loadFactor);
}
// 將HashMap中的全部元素都添加到newTable中
void transfer(Entry[] newTable) {
Entry[] src = table;
int newCapacity = newTable.length;
for (int j = 0; j < src.length; j++) {
Entry<K,V> e = src[j];
if (e != null) {
src[j] = null;
do {
Entry<K,V> next = e.next;
int i = indexFor(e.hash, newCapacity);
e.next = newTable[i];
newTable[i] = e;
e = next;
} while (e != null);
}
}
}
// 將"m"的全部元素都添加到HashMap中
public void putAll(Map<? extends K, ? extends V> m) {
// 有效性判斷
int numKeysToBeAdded = m.size();
if (numKeysToBeAdded == 0)
return;
// 計算容量是否足夠，
// 若“當(dāng)前閥值容量 < 需要的容量”，則將容量x2。
if (numKeysToBeAdded > threshold) {
int targetCapacity = (int)(numKeysToBeAdded / loadFactor + 1);
if (targetCapacity > MAXIMUM_CAPACITY)
targetCapacity = MAXIMUM_CAPACITY;
int newCapacity = table.length;
while (newCapacity < targetCapacity)
newCapacity <<= 1;
if (newCapacity > table.length)
resize(newCapacity);
}
// 通過迭代器，將“m”中的元素逐個添加到HashMap中。
for (Iterator<? extends Map.Entry<? extends K, ? extends V>> i = m.entrySet().iterator(); i.hasNext(); ) {
Map.Entry<? extends K, ? extends V> e = i.next();
put(e.getKey(), e.getValue());
}
}
// 刪除“鍵為key”元素
public V remove(Object key) {
Entry<K,V> e = removeEntryForKey(key);
return (e == null ? null : e.value);
}
// 刪除“鍵為key”的元素
final Entry<K,V> removeEntryForKey(Object key) {
// 獲取哈希值。若key為null，則哈希值為0；否則調(diào)用hash()進行計算
int hash = (key == null) ? 0 : hash(key.hashCode());
int i = indexFor(hash, table.length);
Entry<K,V> prev = table[i];
Entry<K,V> e = prev;
// 刪除鏈表中“鍵為key”的元素
// 本質(zhì)是“刪除單向鏈表中的節(jié)點”
while (e != null) {
Entry<K,V> next = e.next;
Object k;
if (e.hash == hash &&
((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) {
modCount++;
size--;
if (prev == e)
table[i] = next;
else
prev.next = next;
e.recordRemoval(this);
return e;
}
prev = e;
e = next;
}
return e;
}
// 刪除“鍵值對”
final Entry<K,V> removeMapping(Object o) {
if (!(o instanceof Map.Entry))
return null;
Map.Entry<K,V> entry = (Map.Entry<K,V>) o;
Object key = entry.getKey();
int hash = (key == null) ? 0 : hash(key.hashCode());
int i = indexFor(hash, table.length);
Entry<K,V> prev = table[i];
Entry<K,V> e = prev;
// 刪除鏈表中的“鍵值對e”
// 本質(zhì)是“刪除單向鏈表中的節(jié)點”
while (e != null) {
Entry<K,V> next = e.next;
if (e.hash == hash && e.equals(entry)) {
modCount++;
size--;
if (prev == e)
table[i] = next;
else
prev.next = next;
e.recordRemoval(this);
return e;
}
prev = e;
e = next;
}
return e;
}
// 清空HashMap，將所有的元素設(shè)為null
public void clear() {
modCount++;
Entry[] tab = table;
for (int i = 0; i < tab.length; i++)
tab[i] = null;
size = 0;
}
// 是否包含“值為value”的元素
public boolean containsValue(Object value) {
// 若“value為null”，則調(diào)用containsNullValue()查找
if (value == null)
return containsNullValue();
// 若“value不為null”，則查找HashMap中是否有值為value的節(jié)點。
Entry[] tab = table;
for (int i = 0; i < tab.length ; i++)
for (Entry e = tab[i] ; e != null ; e = e.next)
if (value.equals(e.value))
return true;
return false;
}
// 是否包含null值
private boolean containsNullValue() {
Entry[] tab = table;
for (int i = 0; i < tab.length ; i++)
for (Entry e = tab[i] ; e != null ; e = e.next)
if (e.value == null)
return true;
return false;
}
// 克隆一個HashMap，并返回Object對象
public Object clone() {
HashMap<K,V> result = null;
try {
result = (HashMap<K,V>)super.clone();
} catch (CloneNotSupportedException e) {
// assert false;
}
result.table = new Entry[table.length];
result.entrySet = null;
result.modCount = 0;
result.size = 0;
result.init();
// 調(diào)用putAllForCreate()將全部元素添加到HashMap中
result.putAllForCreate(this);
return result;
}
// Entry是單向鏈表。
// 它是 “HashMap鏈?zhǔn)酱鎯Ψā睂?yīng)的鏈表。
// 它實現(xiàn)了Map.Entry 接口，即實現(xiàn)getKey(), getValue(), setValue(V value), equals(Object o), hashCode()這些函數(shù)。
static class Entry<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
final K key;
V value;
// 指向下一個節(jié)點
Entry<K,V> 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(n)"
Entry(int h, K k, V v, Entry<K,V> 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Entry是否相等
// 若兩個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;
}
// 實現(xiàn)hashCode()
public final int 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，繪調(diào)用recordAccess()。
// 這里不做任何處理
void recordAccess(HashMap<K,V> m) {
}
// 當(dāng)從HashMap中刪除元素時，繪調(diào)用recordRemoval()。
// 這里不做任何處理
void recordRemoval(HashMap<K,V> m) {
}
}
// 新增Entry。將“key-value”插入指定位置，bucketIndex是位置索引。
void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
// 保存“bucketIndex”位置的值到“e”中
Entry<K,V> e = table[bucketIndex];
// 設(shè)置“bucketIndex”位置的元素為“新Entry”，
// 設(shè)置“e”為“新Entry的下一個節(jié)點”
table[bucketIndex] = new Entry<K,V>(hash, key, value, e);
// 若HashMap的實際大小 不小于 “閾值”，則調(diào)整HashMap的大小
if (size++ >= threshold)
resize(2 * table.length);
}
// 創(chuàng)建Entry。將“key-value”插入指定位置。
void createEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
// 保存“bucketIndex”位置的值到“e”中
Entry<K,V> e = table[bucketIndex];
// 設(shè)置“bucketIndex”位置的元素為“新Entry”，
// 設(shè)置“e”為“新Entry的下一個節(jié)點”
table[bucketIndex] = new Entry<K,V>(hash, key, value, e);
size++;
}
// HashIterator是HashMap迭代器的抽象出來的父類，實現(xiàn)了公共了函數(shù)。
// 它包含“key迭代器(KeyIterator)”、“Value迭代器(ValueIterator)”和“Entry迭代器(EntryIterator)”3個子類。
private abstract class HashIterator<E> implements Iterator<E> {
// 下一個元素
Entry<K,V> next;
// expectedModCount用于實現(xiàn)fast-fail機制。
int expectedModCount;
// 當(dāng)前索引
int index;
// 當(dāng)前元素
Entry<K,V> current;
HashIterator() {
expectedModCount = modCount;
if (size > 0) { // advance to first entry
Entry[] t = table;
// 將next指向table中第一個不為null的元素。
// 這里利用了index的初始值為0，從0開始依次向后遍歷，直到找到不為null的元素就退出循環(huán)。
while (index < t.length && (next = t[index++]) == null)
;
}
}
public final boolean hasNext() {
return next != null;
}
// 獲取下一個元素
final Entry<K,V> nextEntry() {
if (modCount != expectedModCount)
throw new ConcurrentModificationException();
Entry<K,V> e = next;
if (e == null)
throw new NoSuchElementException();
// 注意?。?！
// 一個Entry就是一個單向鏈表
// 若該Entry的下一個節(jié)點不為空，就將next指向下一個節(jié)點;
// 否則，將next指向下一個鏈表(也是下一個Entry)的不為null的節(jié)點。
if ((next = e.next) == null) {
Entry[] t = table;
while (index < t.length && (next = t[index++]) == null)
;
}
current = e;
return e;
}
// 刪除當(dāng)前元素
public void remove() {
if (current == null)
throw new IllegalStateException();
if (modCount != expectedModCount)
throw new ConcurrentModificationException();
Object k = current.key;
current = null;
HashMap.this.removeEntryForKey(k);
expectedModCount = modCount;
}
}
// value的迭代器
private final class ValueIterator extends HashIterator<V> {
public V next() {
return nextEntry().value;
}
}
// key的迭代器
private final class KeyIterator extends HashIterator<K> {
public K next() {
return nextEntry().getKey();
}
}
// Entry的迭代器
private final class EntryIterator extends HashIterator<Map.Entry<K,V>> {
public Map.Entry<K,V> next() {
return nextEntry();
}
}
// 返回一個“key迭代器”
Iterator<K> newKeyIterator() {
return new KeyIterator();
}
// 返回一個“value迭代器”
Iterator<V> newValueIterator() {
return new ValueIterator();
}
// 返回一個“entry迭代器”
Iterator<Map.Entry<K,V>> newEntryIterator() {
return new EntryIterator();
}
// HashMap的Entry對應(yīng)的集合
private transient Set<Map.Entry<K,V>> entrySet = null;
// 返回“key的集合”，實際上返回一個“KeySet對象”
public Set<K> keySet() {
Set<K> ks = keySet;
return (ks != null ? ks : (keySet = new KeySet()));
}
// Key對應(yīng)的集合
// KeySet繼承于AbstractSet，說明該集合中沒有重復(fù)的Key。
private final class KeySet extends AbstractSet<K> {
public Iterator<K> iterator() {
return newKeyIterator();
}
public int size() {
return size;
}
public boolean contains(Object o) {
return containsKey(o);
}
public boolean remove(Object o) {
return HashMap.this.removeEntryForKey(o) != null;
}
public void clear() {
HashMap.this.clear();
}
}
// 返回“value集合”，實際上返回的是一個Values對象
public Collection<V> values() {
Collection<V> vs = values;
return (vs != null ? vs : (values = new Values()));
}
// “value集合”
// Values繼承于AbstractCollection，不同于“KeySet繼承于AbstractSet”，
// Values中的元素能夠重復(fù)。因為不同的key可以指向相同的value。
private final class Values extends AbstractCollection<V> {
public Iterator<V> iterator() {
return newValueIterator();
}
public int size() {
return size;
}
public boolean contains(Object o) {
return containsValue(o);
}
public void clear() {
HashMap.this.clear();
}
}
// 返回“HashMap的Entry集合”
public Set<Map.Entry<K,V>> entrySet() {
return entrySet0();
}
// 返回“HashMap的Entry集合”，它實際是返回一個EntrySet對象
private Set<Map.Entry<K,V>> entrySet0() {
Set<Map.Entry<K,V>> es = entrySet;
return es != null ? es : (entrySet = new EntrySet());
}
// EntrySet對應(yīng)的集合
// EntrySet繼承于AbstractSet，說明該集合中沒有重復(fù)的EntrySet。
private final class EntrySet extends AbstractSet<Map.Entry<K,V>> {
public Iterator<Map.Entry<K,V>> iterator() {
return newEntryIterator();
}
public boolean contains(Object o) {
if (!(o instanceof Map.Entry))
return false;
Map.Entry<K,V> e = (Map.Entry<K,V>) o;
Entry<K,V> candidate = getEntry(e.getKey());
return candidate != null && candidate.equals(e);
}
public boolean remove(Object o) {
return removeMapping(o) != null;
}
public int size() {
return size;
}
public void clear() {
HashMap.this.clear();
}
}
// java.io.Serializable的寫入函數(shù)
// 將HashMap的“總的容量，實際容量，所有的Entry”都寫入到輸出流中
private void writeObject(java.io.ObjectOutputStream s)
throws IOException
{
Iterator<Map.Entry<K,V>> i =
(size > 0) ? entrySet0().iterator() : null;
// Write out the threshold, loadfactor, and any hidden stuff
s.defaultWriteObject();
// Write out number of buckets
s.writeInt(table.length);
// Write out size (number of Mappings)
s.writeInt(size);
// Write out keys and values (alternating)
if (i != null) {
while (i.hasNext()) {
Map.Entry<K,V> e = i.next();
s.writeObject(e.getKey());
s.writeObject(e.getValue());
}
}
}
private static final long serialVersionUID = 362498820763181265L;
// java.io.Serializable的讀取函數(shù)：根據(jù)寫入方式讀出
// 將HashMap的“總的容量，實際容量，所有的Entry”依次讀出
private void readObject(java.io.ObjectInputStream s)
throws IOException, ClassNotFoundException
{
// Read in the threshold, loadfactor, and any hidden stuff
s.defaultReadObject();
// Read in number of buckets and allocate the bucket array;
int numBuckets = s.readInt();
table = new Entry[numBuckets];
init(); // Give subclass a chance to do its thing.
// Read in size (number of Mappings)
int size = s.readInt();
// Read the keys and values, and put the mappings in the HashMap
for (int i=0; i<size; i++) {
K key = (K) s.readObject();
V value = (V) s.readObject();
putForCreate(key, value);
}
}
// 返回“HashMap總的容量”
int capacity() { return table.length; }
// 返回“HashMap的加載因子”
float loadFactor() { return loadFactor; }
}
幾點總結(jié)
1. 首先要清楚HashMap的存儲結(jié)構(gòu)，如下圖所示：
圖中，紫色部分即代表哈希表，也稱為哈希數(shù)組，數(shù)組的每個元素都是一個單鏈表的頭節(jié)點，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。
2. 首先看鏈表中節(jié)點的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：
// Entry是單向鏈表。
// 它是 “HashMap鏈?zhǔn)酱鎯Ψā睂?yīng)的鏈表。
// 它實現(xiàn)了Map.Entry 接口，即實現(xiàn)getKey(), getValue(), setValue(V value), equals(Object o), hashCode()這些函數(shù)
static class Entry<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
final K key;
V value;
// 指向下一個節(jié)點
Entry<K,V> 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(n)"
Entry(int h, K k, V v, Entry<K,V> 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Entry是否相等
// 若兩個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;
}
// 實現(xiàn)hashCode()
public final int 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，繪調(diào)用recordAccess()。
// 這里不做任何處理
void recordAccess(HashMap<K,V> m) {
}
// 當(dāng)從HashMap中刪除元素時，繪調(diào)用recordRemoval()。
// 這里不做任何處理
void recordRemoval(HashMap<K,V> m) {
}
}
它的結(jié)構(gòu)元素除了key、value、hash外，還有next，next指向下一個節(jié)點。另外，這里覆寫了equals和hashCode方法來保證鍵值對的獨一無二。
3. HashMap共有四個構(gòu)造方法。構(gòu)造方法中提到了兩個很重要的參數(shù)：初始容量和加載因子。這兩個參數(shù)是影響HashMap性能的重要參數(shù)，其中容量表示哈希表中槽的數(shù)量（即哈希數(shù)組的長度），初始容量是創(chuàng)建哈希表時的容量（從構(gòu)造函數(shù)中可以看出，如果不指明，則默認為16），加載因子是哈希表在其容量自動增加之前可以達到多滿的一種尺度，當(dāng)哈希表中的條目數(shù)超出了加載因子與當(dāng)前容量的乘積時，則要對該哈希表進行 resize 操作（即擴容）。
下面說下加載因子，如果加載因子越大，對空間的利用更充分，但是查找效率會降低（鏈表長度會越來越長）；如果加載因子太小，那么表中的數(shù)據(jù)將過于稀疏（很多空間還沒用，就開始擴容了），對空間造成嚴重浪費。如果我們在構(gòu)造方法中不指定，則系統(tǒng)默認加載因子為0.75，這是一個比較理想的值，一般情況下我們是無需修改的。
另外，無論我們指定的容量為多少，構(gòu)造方法都會將實際容量設(shè)為不小于指定容量的2的次方的一個數(shù)，且最大值不能超過2的30次方。
4. HashMap中key和value都允許為null。
5. 要重點分析下HashMap中用的最多的兩個方法put和get。先從比較簡單的get方法著手，源碼如下：
// 獲取key對應(yīng)的value
public V get(Object key) {
if (key == null)
return getForNullKey();
// 獲取key的hash值
int hash = hash(key.hashCode());
// 在“該hash值對應(yīng)的鏈表”上查找“鍵值等于key”的元素
for (Entry<K,V> e = table[indexFor(hash, table.length)];
e != null;
e = e.next) {
Object k;
/判斷key是否相同
if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k)))
return e.value;
}
沒找到則返回null
return null;
}
// 獲取“key為null”的元素的值
// HashMap將“key為null”的元素存儲在table[0]位置，但不一定是該鏈表的第一個位置！
private V getForNullKey() {
for (Entry<K,V> e = table[0]; e != null; e = e.next) {
if (e.key == null)
return e.value;
}
return null;
}
首先，如果key為null，則直接從哈希表的第一個位置table[0]對應(yīng)的鏈表上查找。記住，key為null的鍵值對永遠都放在以table[0]為頭結(jié)點的鏈表中，當(dāng)然不一定是存放在頭結(jié)點table[0]中。
如果key不為null，則先求的key的hash值，根據(jù)hash值找到在table中的索引，在該索引對應(yīng)的單鏈表中查找是否有鍵值對的key與目標(biāo)key相等，有就返回對應(yīng)的value，沒有則返回null。
put方法稍微復(fù)雜些，代碼如下：
// 將“key-value”添加到HashMap中
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。
int hash = hash(key.hashCode());
int i = indexFor(hash, table.length);
for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) {
Object k;
// 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！
if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {
V oldValue = e.value;
e.value = value;
e.recordAccess(this);
return oldValue;
}
}
// 若“該key”對應(yīng)的鍵值對不存在，則將“key-value”添加到table中
modCount++;
//將key-value添加到table[i]處
addEntry(hash, key, value, i);
return null;
}
如果key為null，則將其添加到table[0]對應(yīng)的鏈表中，putForNullKey的源碼如下：
// putForNullKey()的作用是將“key為null”鍵值對添加到table[0]位置
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;
}
}
// 如果沒有存在key為null的鍵值對，則直接添加到table[0]處!
modCount++;
addEntry(0, null, value, 0);
return null;
}
如果key不為null，則同樣先求出key的hash值，根據(jù)hash值得出在table中的索引，而后遍歷對應(yīng)的單鏈表，如果單鏈表中存在與目標(biāo)key相等的鍵值對，則將新的value覆蓋舊的value，比將舊的value返回，如果找不到與目標(biāo)key相等的鍵值對，或者該單鏈表為空，則將該鍵值對插入到改單鏈表的頭結(jié)點位置（每次新插入的節(jié)點都是放在頭結(jié)點的位置），該操作是有addEntry方法實現(xiàn)的，它的源碼如下：
// 新增Entry。將“key-value”插入指定位置，bucketIndex是位置索引。
void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
// 保存“bucketIndex”位置的值到“e”中
Entry<K,V> e = table[bucketIndex];
// 設(shè)置“bucketIndex”位置的元素為“新Entry”，
// 設(shè)置“e”為“新Entry的下一個節(jié)點”
table[bucketIndex] = new Entry<K,V>(hash, key, value, e);
// 若HashMap的實際大小 不小于 “閾值”，則調(diào)整HashMap的大小
if (size++ >= threshold)
resize(2 * table.length);
}
注意這里倒數(shù)第三行的構(gòu)造方法，將key-value鍵值對賦給table[bucketIndex]，并將其next指向元素e，這便將key-value放到了頭結(jié)點中，并將之前的頭結(jié)點接在了它的后面。該方法也說明，每次put鍵值對的時候，總是將新的該鍵值對放在table[bucketIndex]處（即頭結(jié)點處）。
兩外注意最后兩行代碼，每次加入鍵值對時，都要判斷當(dāng)前已用的槽的數(shù)目是否大于等于閥值（容量*加載因子），如果大于等于，則進行擴容，將容量擴為原來容量的2倍。
6. 關(guān)于擴容。上面我們看到了擴容的方法，resize方法，它的源碼如下：
// 重新調(diào)整HashMap的大小，newCapacity是調(diào)整后的單位
void resize(int newCapacity) {
Entry[] oldTable = table;
int oldCapacity = oldTable.length;
if (oldCapacity == MAXIMUM_CAPACITY) {
threshold = Integer.MAX_VALUE;
return;
}
// 新建一個HashMap，將“舊HashMap”的全部元素添加到“新HashMap”中，
// 然后，將“新HashMap”賦值給“舊HashMap”。
Entry[] newTable = new Entry[newCapacity];
transfer(newTable);
table = newTable;
threshold = (int)(newCapacity * loadFactor);
}
很明顯，是新建了一個HashMap的底層數(shù)組，而后調(diào)用transfer方法，將就HashMap的全部元素添加到新的HashMap中（要重新計算元素在新的數(shù)組中的索引位置）。transfer方法的源碼如下：
// 將HashMap中的全部元素都添加到newTable中
void transfer(Entry[] newTable) {
Entry[] src = table;
int newCapacity = newTable.length;
for (int j = 0; j < src.length; j++) {
Entry<K,V> e = src[j];
if (e != null) {
src[j] = null;
do {
Entry<K,V> next = e.next;
int i = indexFor(e.hash, newCapacity);
e.next = newTable[i];
newTable[i] = e;
e = next;
} while (e != null);
}
}
}
很明顯，擴容是一個相當(dāng)耗時的操作，因為它需要重新計算這些元素在新的數(shù)組中的位置并進行復(fù)制處理。因此，我們在用HashMap的時，最好能提前預(yù)估下HashMap中元素的個數(shù)，這樣有助于提高HashMap的性能。
7. 注意containsKey方法和containsValue方法。前者直接可以通過key的哈希值將搜索范圍定位到指定索引對應(yīng)的鏈表，而后者要對哈希數(shù)組的每個鏈表進行搜索。
8. 我們重點來分析下求hash值和索引值的方法，這兩個方法便是HashMap設(shè)計的最為核心的部分，二者結(jié)合能保證哈希表中的元素盡可能均勻地散列。
計算哈希值的方法如下：
static int hash(int h) {
h ^= (h >>> 20) ^ (h >>> 12);
return h ^ (h >>> 7) ^ (h >>> 4);
}
它只是一個數(shù)學(xué)公式，IDK這樣設(shè)計對hash值的計算，自然有它的好處，至于為什么這樣設(shè)計，我們這里不去追究，只要明白一點，用的位的操作使hash值的計算效率很高。
由hash值找到對應(yīng)索引的方法如下：
static int indexFor(int h, int length) {
return h & (length-1);
}
這個我們要重點說下，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算，效率很低，HashMap中則通過h&(length-1)的方法來代替取模，同樣實現(xiàn)了均勻的散列，但效率要高很多，這也是HashMap對Hashtable的一個改進。
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。
