前言
HashMap是Map中最为常用的一种，面试中也经常会被问到相关的问题。由于HashMap数据结构较为复杂，回答相关问题的时候往往不尽人意，尤其是在JDK1.8之后，又引入了红黑树结构，其数据结构变的更加复杂，本文就JDK1.8源码为例，对HashMap进行分析；
源码分析
1. 构造方法
public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {
if (initialCapacity < 0)
throw new IllegalArgumentException("Illegal initial capacity: " +
initialCapacity);
if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY)
initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY;
if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor))
throw new IllegalArgumentException("Illegal load factor: " +
loadFactor);
this.loadFactor = loadFactor;
this.threshold = tableSizeFor(initialCapacity);
}
public HashMap(int initialCapacity) {
this(initialCapacity, DEFAULT_LOAD_FACTOR);
}
public HashMap() {
this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR; // all other fields defaulted
}
public HashMap(Map<? extends K, ? extends V> m) {
this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR;
putMapEntries(m, false);
}
构造方法一共重载了四个，主要初始化了三个参数：
- initialCapacity 初始容量（默认16）：hashMap底层由数组实现+链表（或红黑树）实现，但是还是从数组开始，所以当储存的数据越来越多的时候，就必须进行扩容操作，如果在知道需要储存数据大小的情况下，指定合适的初始容量，可以避免不必要的扩容操作，提升效率
- threshold 阈值：hashMap所能容纳的最大价值对数量，如果超过则需要扩容，计算方式：threshold=initialCapacity*loadFactor（构造方法中直接通过tableSizeFor(initialCapacity)方法进行了赋值，主要原因是在构造方法中，数组table并没有初始化，put方法中进行初始化，同时put方法中也会对threshold进行重新赋值，这个会在后面的源码中进行分析）
- loadFactor 加载因子（默认0.75）：当负载因子较大时，去给table数组扩容的可能性就会少，所以相对占用内存较少（空间上较少），但是每条entry链上的元素会相对较多，查询的时间也会增长（时间上较多）。反之就是，负载因子较少的时候，给table数组扩容的可能性就高，那么内存空间占用就多，但是entry链上的元素就会相对较少，查出的时间也会减少。所以才有了负载因子是时间和空间上的一种折中的说法。所以设置负载因子的时候要考虑自己追求的是时间还是空间上的少。（一般情况下不需要设置，系统给的默认值已经比较适合了）
我们最常使用的是无参构造，在这个构造方法里面仅仅设置了加载因子为默认值，其他两个参数会在resize方法里面进行初始化，在这里知道这个结论就可以了，下面会在源码里面进行分析；另外一个带有两个参数的构造方法，里面对初始容量和阈值进行了初始化，对阈值的初始化方法为 tableSizeFor(int cap),看一下源码：
public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {
/**
* 找到大于或等于 cap 的最小2的幂
*/
static final int tableSizeFor(int cap) {
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;
}
第一次看到这个方法的时候，我当时的心情是：
接下来分析一下这个方法，下面偷一张图（真的是借别人的图，google搜索的,不知道是谁的，如果大佬觉得太可耻，私信我我删了他）以10为例进行分析：
另外，需要注意一下的是，第一步 int n = cap - 1; 这个操作，执行这个操作的主要原因是为了防止在cap已经是2的n次幂的情况下，经过运算后得到的结果是cap的二倍的结果，例如如果n为l6，经过一系列运算之后，得到的结果是0001 1111，此时最后一步n+1 执行之后，就会返回32，有兴趣的可以自己进行尝试；
2. put方法
在hashMap源码中，put方法逻辑是最为复杂的，接下来先看一下源码：
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)
//如果table尚未初始化，则此处进行初始化数组，并赋值初始容量，重新计算阈值
n = (tab = resize()).length;
if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
//通过hash找到下标，如果hash值指定的位置数据为空，则直接将数据存放进去
tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
else {
//如果通过hash找到的位置有数据，发生碰撞
Node<K,V> e; K k;
if (p.hash == hash &&
((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
//如果需要插入的key和当前hash值指定下标的key一样，先将e数组中已有的数据
e = p;
else if (p instanceof TreeNode)
//如果此时桶中数据类型为 treeNode，使用红黑树进行插入
e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
else {
//此时桶中数据类型为链表
// 进行循环
for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
if ((e = p.next) == null) {
//如果链表中没有最新插入的节点，将新放入的数据放到链表的末尾
p.next = newNode(hash, key, value, null);
//如果链表过长，达到树化阈值，将链表转化成红黑树
if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st
treeifyBin(tab, hash);
break;
}
//如果链表中有新插入的节点位置数据不为空，则此时e 赋值为节点的值，跳出循环
if (e.hash == hash &&
((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
break;
p = e;
}
}
//经过上面的循环后，如果e不为空，则说明上面插入的值已经存在于当前的hashMap中，那么更新指定位置的键值对
if (e != null) { // existing mapping for key
V oldValue = e.value;
if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
e.value = value;
afterNodeAccess(e);
return oldValue;
}
}
++modCount;
//如果此时hashMap size大于阈值，则进行扩容
if (++size > threshold)
resize();
afterNodeInsertion(evict);
return null;
}
从代码看，put方法分为三种情况：
-
table尚未初始化，对数据进行初始化
-
table已经初始化，且通过hash算法找到下标所在的位置数据为空,直接将数据存放到指定位置
-
table已经初始化，且通过hash算法找到下标所在的位置数据不为空，发生hash冲突（碰撞），发生碰撞后，会执行以下操作：
-- 判断插入的key如果等于当前位置的key的话，将 e 指向该键值对-- 如果此时桶中数据类型为 treeNode，使用红黑树进行插入
-- 如果是链表，则进行循环判断， 如果链表中包含该节点，跳出循环，如果链表中不包含该节点，则把该节点插入到链表末尾，同时，如果链表长度超过树化阈值（TREEIFY_THRESHOLD）且table容量超过最小树化容量（MIN_TREEIFY_CAPACITY），则进行链表转红黑树（由于table容量越小，越容易发生hash冲突，因此在table容量<MIN_TREEIFY_CAPACITY 的时候，如果链表长度>TREEIFY_THRESHOLD,会优先选择扩容，否则会进行链表转红黑树操作）
首先分析table尚未初始化的情况：
table尚未初始化
n = (tab = resize()).length;
从代码可以看出，table尚未初始化的时候，会调用resize()方法：
final Node<K,V>[] resize() {
Node<K,V>[] oldTab = table;
int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length;
int oldThr = threshold;
int newCap, newThr = 0;
//1、table已经初始化，且容量 > 0
if (oldCap > 0) {
if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) {
//如果旧的容量已近达到最大值，则不再扩容，阈值直接设置为最大值
threshold = Integer.MAX_VALUE;
return oldTab;
}
else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY &&
oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)
//如果旧的容量不小于默认的初始容量，则进行扩容，容量扩张为原来的二倍
newThr = oldThr << 1; // double threshold
}
//2、阈值大于0 threshold 使用 threshold 变量暂时保存 initialCapacity 参数的值
else if (oldThr > 0) // initial capacity was placed in threshold
newCap = oldThr;
//3 threshold 和 table 皆未初始化情况，此处即为首次进行初始化
//也就在此处解释了构造方法中没有对threshold 和 初始容量进行赋值的问题
else { // zero initial threshold signifies using defaults
//如果阈值为零，表示使用默认的初始化值
//这种情况在调用无参构造的时候会出现，此时使用默认的容量和阈值
newCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY;
//此处阈值即为 threshold=initialCapacity*loadFactor
newThr = (int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY);
}
// newThr 为 0 时，按阈值计算公式进行计算，容量*负载因子
if (newThr == 0) {
float ft = (float)newCap * loadFactor;
newThr = (newCap < MAXIMUM_CAPACITY && ft < (float)MAXIMUM_CAPACITY ?
(int)ft : Integer.MAX_VALUE);
}
//更新阈值
threshold = newThr;
//更新数组桶
@SuppressWarnings({"rawtypes","unchecked"})
Node<K,V>[] newTab = (Node<K,V>[])new Node[newCap];
table = newTab;
//如果之前的数组桶里面已经存在数据，由于table容量发生变化，hash值也会发生变化，需要重新计算下标
if (oldTab != null) {
for (int j = 0; j < oldCap; ++j) {
Node<K,V> e;
//如果指定下标下有数据
if ((e = oldTab[j]) != null) {
//1、将指定下标数据置空
oldTab[j] = null;
//2、指定下标只有一个数据
if (e.next == null)
//直接将数据存放到新计算的hash值下标下
newTab[e.hash & (newCap - 1)] = e;
//3、如果是TreeNode数据结构
else if (e instanceof TreeNode)
((TreeNode<K,V>)e).split(this, newTab, j, oldCap);
//4、对于链表，数据结构
else { // preserve order
//如果是链表，重新计算hash值，根据新的下标重新分组
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) {
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);
if (loTail != null) {
loTail.next = null;
newTab[j] = loHead;
}
if (hiTail != null) {
hiTail.next = null;
newTab[j + oldCap] = hiHead;
}
}
}
}
}
return newTab;
}
resize方法逻辑比较复杂，需要静下心来一步步的分析，但是总的下来，分为以下几步：
-
首先先判断当前table是否进行过初始化，如果没有进行过初始化，此处就解决了调用无参构造方法时候，threshold和initialCapacity 未初始化的问题，如果已经初始化过了，则进行扩容，容量为原来的二倍
-
扩容后创建新的table，并对所有的数据进行遍历
-- 如果新计算的位置数据为空，则直接插入-- 如果新计算的位置为链表，则通过hash算法重新计算下标，对链表进行分组
-- 如果是红黑树，则需要进行拆分操作
3. get方法，查找
put方法分析完成之后，剩下的就很简单了，先看一下源码：
public V get(Object key) { Node<K,V> e; return (e = getNode(hash(key), key)) == null ? null : e.value; } final 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) { //1、根据hash算法找到对应位置的第一个数据，如果是指定的key，则直接返回 if (first.hash == hash && // always check first node ((k = first.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) return first; if ((e = first.next) != null) { //如果该节点为红黑树，则通过树进行查找 if (first instanceof TreeNode) return ((TreeNode<K,V>)first).getTreeNode(hash, key); //如果该节点是链表，则遍历查找到数据 do { if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) return e; } while ((e = e.next) != null); } } return null; }get方法相对于put来说，逻辑实在是简单太多了
- 根据hash值查找到指定位置的数据
-
校验指定位置第一个节点的数据是key是否为传入的key，如果是直接返回第一个节点，否则继续查找第二个节点
-
如果数据是TreeNode（红黑树结构），直接通过红黑树查找节点数据并返回
-
如果是链表结构，循环查找所有节点，返回数据
- 如果没有找到符合要求的节点，返回null
在这个方法里面，需要注意的有两个地方：hash（key）和hash的取模运算 (n - 1) & hash
hash（key）的源码
static final int hash(Object key) {
int h;
return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
}
这段代码叫做扰动函数，也是hashMap中的hash运算，主要分为下面几步：
-
key.hashCode()，获取key的hashCode值，如果不进行重写的话返回的是根据内存地址得到的一个int值
- key.hashCode() 获取到的hashcode无符号右移16位并和元hashCode进行^ ，这样做的目的是为了让高位与低进行混合，让两者都参与运算，以便让hash值分布更加均匀
取模运算 (n - 1) & hash
在hashMap的代码中，在很多地方都会看到类似的代码：
first = tab[(n - 1) & hash])
hash算法中，为了使元素分布的更加均匀，很多都会使用取模运算，在hashMap中并没有使用（n）%hash这样进行取模运算，而是使用(n - 1) & hash进行代替，原因是在计算机中，&的效率要远高于%；需要注意的是，只有容量为2的n次幂的时候，(n - 1) & hash 才能等效（n）%hash，这也是hashMap 初始化初始容量时，无论传入任何值，都会通过tableSizeFor(int cap) 方法转化成2的n次幂的原因，这种巧妙的设计真的很令人惊叹
remove方法，删除
了解完get方法之后，我们再最后了解一下remove方法：
public V remove(Object key) {
Node<K,V> e;
return (e = removeNode(hash(key), key, null, false, true)) == null ?
null : e.value;
}
final Node<K,V> removeNode(int hash, Object key, Object value,
boolean matchValue, boolean movable) {
Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, index;
//根据key和key的hash值，查找到对应的元素
if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 &&
(p = tab[index = (n - 1) & hash]) != null) {
Node<K,V> node = null, e; K k; V v;
if (p.hash == hash &&
((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
node = p;
else if ((e = p.next) != null) {
if (p instanceof TreeNode)
node = ((TreeNode<K,V>)p).getTreeNode(hash, key);
else {
do {
if (e.hash == hash &&
((k = e.key) == key ||
(key != null && key.equals(k)))) {
node = e;
break;
}
p = e;
} while ((e = e.next) != null);
}
}
//如果查找的了元素node，移除即可
if (node != null && (!matchValue || (v = node.value) == value ||
(value != null && value.equals(v)))) {
//如果是TreeNode，通过树进行移除
if (node instanceof TreeNode)
((TreeNode<K,V>)node).removeTreeNode(this, tab, movable);
//如果是第一个节点，移除第一个节点，将index下标的位置指向第二个节点
else if (node == p)
tab[index] = node.next;
else
//如果不是链表的第一个节点，则移除该节点
p.next = node.next;
++modCount;
--size;
afterNodeRemoval(node);
return node;
}
}
return null;
}
从源码可以看出来，通过key找到需要移除的元素操作过程和get方法几乎一致，最后在查找到key对应的节点之后，根据节点的位置和类型，进行相应的移除操作就完成了，过程非常简单
其他源码
到这里，hashMap的源码基本就解析完成了，其余的方法和源码逻辑相对非常简单，大部分还是使用上述代码来实现的，例如containsKey（jey），就是使用get方法中的getNode（）来判断的，由于篇幅原因就不一一介绍。
另外，中间有很部分不影响逻辑理解的代码被一笔带过，比如 红黑树的转化，查找，删除等操作，有兴趣的可以自己进行学习，不过还有一些其他的特性需要提醒一下
最后总结一下：
- HashMap 底层数据结构在JDK1.7之前是由数组+链表组成的，1.8之后又加入了红黑树；链表长度小于8的时候，发生Hash冲突后会增加链表的长度，当链表长度大于8的时候，会先判读数组的容量，如果容量小于64会先扩容（原因是数组容量越小，越容易发生碰撞，因此当容量过小的时候，首先要考虑的是扩容），如果容量大于64，则会将链表转化成红黑树以提升效率
- hashMap 的容量是2的n次幂，无论在初始化的时候传入的初始容量是多少，最终都会转化成2的n次幂，这样做的原因是为了在取模运算的时候可以使用&运算符，而不是%取余，可以极大的提上效率，同时也降低hash冲突
- HashMap是非线程安全的，在多线程的操作下会存在异常情况（如形成闭环（1.7），1.8已修复闭环问题，但仍不安全），可以使用HashTable或者ConcurrentHashMap进行代替
文末送福利啦！！
同时我经过多年的收藏目前也算收集到了一套完整的学习资料以及高清详细的Android架构进阶学习导图及笔记免费分享给大家，希望对想成为架构师的朋友有一定的参考和帮助。
下面是部分资料截图，诚意满满：特别适合有开发经验的Android程序员们学习。
资料免费领取方式：现在关注我并且加入群聊
群号：1018342383
或者是点击链接加入群聊【Android开发交流】：https://jq.qq.com/?_wv=1027&k=5WjVzJT
转载于:https://blog.51cto.com/14332859/2399166