详解HashMap源码解析（上）

jdk版本：1.8

数据结构：

HashMap的底层主要基于数组+链表/红黑树实现，数组优点就是查询块，HashMap通过计算hash码获取到数组的下标来查询数据。同样也可以通过hash码得到数组下标，存放数据。

哈希表为了解决冲突，HashMap采用了链表法,添加的数据存放在链表中，如果发送冲突，将数据放入链表尾部。

上图左侧部分是一个哈希表，也称为哈希数组（hash table）：

// table数组
transient Node<K,V>[] table;

table数组的引用类型是Node节点，数组中的每个元素都是单链表的头结点，链表主要为了解决上面说的hash冲突,Node节点包含：

• hash hash值
• key 键
• value 值
• next next指针

Node节点结构如下:

 static class Node<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
    final int hash;
    final K key;
    V value;
    Node<K,V> next;

    Node(int hash, K key, V value, Node<K,V> next) {
        this.hash = hash;
        this.key = key;
        this.value = value;
        this.next = next;
    }
    // 省略 get/set等方法
}

主要属性

// 储存元素数组
Node<K,V>[] table;

// 元素个数
int size;

// 数组扩容临界值，计算为：元素容量*装载因子
int threshold

// 装载因子，默认0.75
float loadFactor;

// 链表长度为 8 的时候会转为红黑树
int TREEIFY_THRESHOLD = 8;

// 长度为 6 的时候会从红黑树转为链表
int UNTREEIFY_THRESHOLD = 6;

• size记录元素个数
• threshold 扩容的临界值，等于元素容量*装载因子
• TREEIFY_THRESHOLD 8 链表个数增加到8会转成红黑树
• UNTREEIFY_THRESHOLD 6 链表个数减少到6会退化成链表
• loadFactor 装载因子，默认为0.75

loadFactor 装载因子等于扩容阈值/数组长度，表示元素被填满的程序，越高表示空间利用率越高，但是hash冲突的概率增加，链表越长，查询的效率降低。越低hash冲突减少了，数据查询效率更高。但是示空间利用率越低，很多空间没用又继续扩容。为了均衡查询时间和使用空间，系统默认装载因子为0.75。

获取哈希数组下标

添加、删除和查找方法，都需要先获取哈希数组的下标位置，首先通过hash算法算出hash值，然后再进行长度取模，就可以获取到元素的数组下标了。

首先是调用hash方法,计算出hash值：

static final int hash(Object key) {
    int h;
    return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
}

先获取hashCode值，然后进行高位运算,高位运算后的数据，再进行取模运算的速度更快。

算出hash值之后，再进行取模运算：

(n - 1) & hash

上面的n是长度，计算的结果就是数组的下标了。

构造方法 HashMap()

     /**
     * default initial capacity (16)
     *  the default load factor (0.75). 
     */
    public HashMap() {
        this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR;
    }

设置默认装载因子0.75，默认容量16。

HashMap(int initialCapacity)

// 指定初始值大小
public HashMap(int initialCapacity) {
    this(initialCapacity, DEFAULT_LOAD_FACTOR);
}

// 指定初始值和默认装载因子 0.75
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);
}

HashMap(int initialCapacity) 指定初始容量，调用HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) 其中loadFactor为默认的0.75。

首先做容量的校验，小于零报错，大于最大容量赋值最大值容量。然后做装载因子的校验，小于零或者是非数字就报错。

tableSizeFor使用右移和或运算，保证容量是2的幂次方，传入2的幂次方，返回传入的数据。传入不是2的幂次方数据，返回大于传入数据并接近2的幂次方数。比如：

• 传入10返回16。
• 传入21返回32。

HashMap(Map<? extends K, ? extends V> m)

public HashMap(Map<? extends K, ? extends V> m) {
    this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR;
    putMapEntries(m, false);
}

将集合m的数据添加到HashMap集合中，先设置默认装载因子，然后调用putMapEntries添加集合元素到HashMap中，putMapEntries是遍历数组，添加数据。

总结

本文基于jdk1.8解析HashMap源码，主要介绍了：

• HashMap 是基于数组+链表/红黑树结构实现。采用链表法解决hash冲突。
• Node 节点记录了数据的key、hash、value以及next指针。
• HashMap主要属性：
  • size 元素个数
  • table[] 哈希数组
  • threshold 扩容的阈值
  • loadFactor 装载因子
  • TREEIFY_THRESHOLD 8，链表个数为8转成红黑树。
  • UNTREEIFY_THRESHOLD 6 ，链表个数为6红黑树转为链表。
• 添加、删除以及查找元素，首先要先获取数组下标，HashMap先调用hasCode方法，hashCode()的高16位异或低16位，大大的增加了运算速度。然后再对数组长度进行取模运算。本质就是取key的hashCode值、高位运算、取模运算。
• HashMap几个构造方法：
  • HashMap()设置默认装载因子0.75和默认容量16。
  • HashMap(int initialCapacity)设置初始容量，默认装载因子0.75，容量是一定要是2的幂次方，如果不是2的幂次方，增加到接近2的幂次方数。
  • HashMap(Map<? extends K, ? extends V> m)主要是遍历添加的集合，添加数据。

参考

深入浅出HashMap的设计与优化

Java 8系列之重新认识HashMap

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