參考資料: https://tech.meituan.com/java-hashmap.html

1. 了解Map接口及其內(nèi)部的Entry接口

Map接口及Entry內(nèi)部接口

2. 理解HashMap的實(shí)現(xiàn)原理(jdk1.8)

• 內(nèi)部類Node
Node 是 HashMap的一個(gè)內(nèi)部類, 實(shí)現(xiàn)了 Map.Entry 接口, 本質(zhì)是一個(gè)映射(鍵值對(duì))
  

  內(nèi)部類Node

• 重要的字段

  
  
  HashMap重要的字段

• 重要的常量

  
  
  HashMap重要的常量

• HashMap 的構(gòu)造函數(shù)(4個(gè))
  

  HashMap的構(gòu)造函數(shù)
  
  HashMap構(gòu)造函數(shù)中用到一個(gè)靜態(tài)方法tableSizeFor, 其作用是: 返回一個(gè)大于或等于initialCapacity且為2的次冪的整數(shù);
  
  tableSizeFor
  
  
  tableSizeFor的例子

• 哈希函數(shù)("擾動(dòng)函數(shù)")
  

  擾動(dòng)函數(shù)
  
  上面代碼里的key.hashCode()函數(shù)調(diào)用的是key類型自帶的哈希函數(shù), 返回int類型散列值;
  理論上散列值是一個(gè)int類型, 將其作為下標(biāo)訪問table數(shù)組, 考慮到32位int類型的取值范圍為[-2147483648, 2147483647], 前后加起來大概40億的映射空間, 若哈希函數(shù)映射得比較松散, 一般應(yīng)用是很難出現(xiàn)碰撞的;
  實(shí)際考慮的是一個(gè)40億長(zhǎng)度的數(shù)組, 內(nèi)存是放不下的, 所以這個(gè)散列值是不能直接拿來用的, 用之前要先對(duì)數(shù)組的長(zhǎng)度取模運(yùn)算, 得到的余數(shù)才能用來訪問數(shù)組下標(biāo) :

hash(key) & (n- 1) // n 為 table數(shù)組的長(zhǎng)度

這里解釋了為什么table數(shù)組的長(zhǎng)度一定要取2的整次冪
因?yàn)檫@樣(數(shù)組長(zhǎng)度 - 1)正好相當(dāng)于一個(gè)"低位掩碼"; "與"操作的結(jié)果就是散列值的高位全部歸零, 只保留低位值, 用來做數(shù)組下標(biāo)訪問;

例子

由于與操作只取最后幾位, 可能會(huì)造成嚴(yán)重的碰撞情況, 此時(shí)"擾動(dòng)函數(shù)"的作用就體現(xiàn)出來了:

例子2

無符號(hào)右移16位, 正好是32位的一半, 自己的高半?yún)^(qū)和低半?yún)^(qū)做異或, 就是為了混合原始哈希碼的高位和低位, 以此來加大低位的隨機(jī)性, 而且混合后的低位夾雜有高位的部分特征, 從而變相地保留了高位的信息;
hash算法本質(zhì)上就是三步：取 key 的 hashCode 高位異或運(yùn)算 取模運(yùn)算

• 擴(kuò)容機(jī)制
  JDK1.8使用2次冪的拓展(指長(zhǎng)度擴(kuò)為原來2倍), 所以, 元素的位置要么是在原位置, 要么是在原位置再移動(dòng)2次冪的位置;
  
  resize方法大致流程
  
  源碼分析:

    /**
     * 擴(kuò)容機(jī)制
     */
    final Node<K, V>[] resize() {

        Node<K, V>[] oldTab = table; // 原來的table數(shù)組
        int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length; // 原來的table數(shù)組的容量
        int oldThr = threshold; // 原來的table數(shù)組對(duì)應(yīng)的閾值
        // 拓容
        int newCap, newThr = 0;

        if (oldCap > 0) {

            if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) { // 原來的table數(shù)組容量超過最大值, 則不再擴(kuò)充
                threshold = Integer.MAX_VALUE; // 更新threshold為Integer.MAX_VALUE
                return oldTab;
            } else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY &&
                oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY) { // 原來的table數(shù)組容量沒有超過最大值, 則擴(kuò)充為原來的2倍
                newThr = oldThr << 1;
            }

        } else if (oldThr > 0) { // 對(duì)應(yīng)初始化函數(shù)中的this.threshold = tableSizeFor(initialCapacity);語(yǔ)句
            newCap = oldThr;
        } else { // 使用默認(rèn)值
            newCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY;
            newThr = (int) (DEFAULT_INITIAL_CAPACITY * DEFAULT_LOAD_FACTOR);
        }

        // 計(jì)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;

        // 新建數(shù)組
        @SuppressWarnings({"rawtypes", "unchecked"})
        Node<K, V>[] newTab = (Node<K, V>[]) new Node[newCap];


        if (oldTab != null) {
            for (int j = 0; j < oldCap; ++j) { // 把每一個(gè)bucket 移動(dòng)到 新的buckets中
                Node<K, V> e;
                if ((e = oldTab[j]) != null) {
                    oldTab[j] = null;
                    if (e.next == null) {
                        newTab[e.hash & (newCap - 1)] = e;
                    } else if (e instanceof TreeNode) { // 紅黑樹重構(gòu)
                        ((TreeNode<K, V>) e).split(this, newTab, j, oldCap);
                    } else { // 鏈表重構(gòu)

                        Node<K, V> loHead = null, loTail = null;
                        Node<K, V> hiHead = null, hiTail = null;
                        Node<K, V> next;

                        do {
                            next = e.next;
                            if ((e.hash & oldCap) == 0) { // 原索引
                                if (loTail == null) {
                                    loHead = e;
                                } else {
                                    loTail.next = e;
                                }
                                loTail = e;
                            } else { // 新索引 = 原索引 + oldCap
                                if (hiTail == null) {
                                    hiHead = e;
                                } else {
                                    hiTail.next = e;
                                }
                                hiTail = e;
                            }
                        } while ((e = next) != null);

                        if (loTail != null) { // 原索引放到新的bucket里
                            loTail.next = null;
                            newTab[j] = loHead;
                        }

                        if (hiTail != null) { // 新索引(原索引 + oldCap)放到新的bucket里
                            hiTail.next = null;
                            newTab[j + oldCap] = hiHead;
                        }
                    }
                }
            }
        }
        
        return newTab;

    }

• put 方法
  
  put方法的大致流程
  
  源碼分析：

    /**
     * put方法
     */
    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;
        if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0) { // table 為 null 或 table.length == 0
            n = (tab = resize()).length;
        }
        if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null) { // tab[i] 為 null 時(shí)直接插入
            tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
        } else {
            Node<K, V> e;
            K k;
            // key 與 table[i].key 相等的情況
            if (p.hash == hash && ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) { 
                e = p;
            } else if (p instanceof TreeNode) { // talbe[i]是TreeNode對(duì)象實(shí)例的情況
                e.putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
            } else {
                for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
                    if ((e = p.next) == null) {
                        p.next = newNode(hash, key, value, null);
                        if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) {
                            treeifyBin(tab, hash); // 將鏈表裝換為紅黑樹
                        }
                        break;
                    }
                     if (e.hash == hash && 
                        ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))) {
                            break;
                    }
                    p = e;
                }
            }
            if (e != null) { // 已經(jīng)存在鍵值對(duì)(更新操作)
                V oldValue = e.value;
                if (!onlyIfAbsent || oldValue == null) {
                    e.value = value;
                }
                afterNodeAccess(e);
            }
            // 不存在鍵值對(duì)(插入操作)
            ++modCount; // 注意只有插入新結(jié)點(diǎn)時(shí)modCount才會(huì)加一
            if (++size == threshold) { // 注意是否要擴(kuò)容
                resize();
            }
            afterNodeInsertion(evict);
            return null;
        }
    }

• get 方法
  
  get方法大致流程

源碼分析:

    /**
     * get方法
     */
    public V get(Object key) {
        Node<K, V> e;
        return (e = getNode(hash(key), key)) == null ? null : e.value;
    }

    fianl Node<K, V> getNode(int hash, Object key) {

        Node<K, V>[] tab;
        Node<K, V> first, e;
        int n;
        K k;

        if ((tab == table) != null && (n = tab.length) > 0 &&
            (first = tab[(n - 1) & hash]) != null) { // 數(shù)組table 不為空, 數(shù)組table的長(zhǎng)度大于0, 索引位置的值不為null

             if (first.hash == hash && 
                (k = first.key) == key || (key != null && key.equals(k))) { // 索引位置上第一個(gè)結(jié)點(diǎn)就是要查找的結(jié)點(diǎn)
                return first;
             }

             if ((e = first.next) != null) { 

                if (first instanceof TreeNode) { // 索引位置上數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為紅黑樹則在樹上查找對(duì)應(yīng)的結(jié)點(diǎn)
                    return first.getTreeNode(hash, key);
                }

                // 索引位置上數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為鏈表則在鏈表上查找對(duì)應(yīng)的結(jié)點(diǎn)
                do {
                    if (e.hash == hash && 
                        ((k = e.key) == key) || (key != null && key.equals(k))) {
                        return e;
                    }
                } while ((e = e.next) != null);
             }

        }

        return null; // 無對(duì)應(yīng)的key值故返回null
    }