看过TreeMap的源码之后，终于来到了重头戏 探究HashMap的源码
文章目录
- 类图
- 结构参数
- 构造
- **1、无参构造方法HashMap()**
- **2、有一个初始容量参数的构造方法HashMap(int initialCapacity)**
- **3、有两个参数的构造方法HashMap(int initialCapacity, float loadFactor)**
- **4、有一个Map类型的参数的构造方法**
- put
- 第一次resize()
- 为什么扩容重新计算位置后，还能找到以前数据的位置？
- 链表转红黑树方法`treeifyBin`
- 总结一下put方法的内容
- 第二次扩容`resize`方法
- remove
- get
同学们反应看的比较吃力。。。。。。 于是我连夜画了一张无敌的大图，大家看着图比较着文章看
首先依旧是新建一个HashMap
代码语言：javascript复制HashMap hashMap = new HashMap();让我们先看看类图
类图
很好，继承了AbstractMap，实现了Map<K,V>, Cloneable, Serializable三个接口，关于类图的打开方式请看这篇文章
IDEA 查看 UML 类图
结构参数
接下来按照惯例，先看看里面定义了什么参数 (注释过长，这里只截取参数)
代码语言：javascript复制// 默认的HashMap中数组的长度 16
static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; // aka 16
// HashMap中的数组的最大容量
static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;
// 默认的扩容的平衡因子
static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;
// 链表转红黑树的 临界值
static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8;
// 红黑树转链表的 临界值
static final int UNTREEIFY_THRESHOLD = 6
// 链表转红黑树的数组长度的临界值
static final int MIN_TREEIFY_CAPACITY = 64;
// HashMap中的数组结构
transient Node<K,V>[] table;
// HashMap中的元素个数
transient int size;
// 对HashMap操作的次数
transient int modCount;
// 扩容的临界值
int threshold;
// 实际的扩容值
final float loadFactor;每一个参数都有对应的注释，这里要注意的是HashMap的底层结构
Jdk1.7及以前是采用数组 链表 Jdk1.8之后 采用数组 链表 或者 数组 红黑树方式进行元素的存储 存储在hashMap集合中的元素都将是一个Map.Entry的内部接口的实现
什么时候采用数组 链表，什么时候采用 数组 红黑树，以及相互转换，取决于链表(红黑树)的长度，已经在注释中写了。
构造
按照惯例，首先看构造（基于JDK1.8）
1、无参构造方法HashMap()
代码语言：javascript复制public HashMap() { //无参构造器
//负载因子为默认值 0.75f
//容量为默认初始值 16
this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR; // all other fields defaulted
}2、有一个初始容量参数的构造方法HashMap(int initialCapacity)
参数：initialCapacity 初始容量
public HashMap(int initialCapacity) {
//此处通过把第二个参数负载因子使用默认值0.75f，然后调用有两个参数的构造方法
this(initialCapacity, DEFAULT_LOAD_FACTOR);
}这个一个参数的构造方法，使用HashMap的默认负载因子，把该初始容量和默认负载因子作为入参，调用HashMap的两个参数的构造方法
3、有两个参数的构造方法HashMap(int initialCapacity, float loadFactor)
参数：initialCapacity 初始容量
参数：loadFactor 负载因子
/**
* Constructs an empty <tt>HashMap</tt> with the specified initial
* capacity and load factor.
* 通过指定的初始容量和负载因子初始化一个空的HashMap
*
* @param initialCapacity the initial capacity 初始化容量
* @param loadFactor the load factor 负载因子
* @throws IllegalArgumentException if the initial capacity is negative
* or the load factor is nonpositive
* 如果初始容量或者负载因子为负数，则会抛出非法数据异常
*/
public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {
if (initialCapacity < 0) //如果初始容量小于0，抛出异常
throw new IllegalArgumentException("Illegal initial capacity: "
initialCapacity);
if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY) //如果初始容量超过最大容量（1<<32）
initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY; //则使用最大容量作为初始容量
if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor)) //如果负载因子小于等于0或者不是数字，则抛出异常
throw new IllegalArgumentException("Illegal load factor: "
loadFactor);
this.loadFactor = loadFactor; //把负载因子赋值给成员变量loadFactor
//调用tableSizeFor方法计算出不小于initialCapacity的最小的2的幂的结果，并赋给成员变量threshold
this.threshold = tableSizeFor(initialCapacity);
}我们下面看看tableSizeFor()这个方法是如何计算的，这个方法的实现原理很巧妙，源码如下：
代码语言：javascript复制/**
* Returns a power of two size for the given target capacity.
*/
static final int tableSizeFor(int cap) {
int n = cap - 1; //容量减1，为了防止初始化容量已经是2的幂的情况，最后有 1运算。
n |= n >>> 1; //将n无符号右移一位再与n做或操作
n |= n >>> 2; //将n无符号右移两位再与n做或操作
n |= n >>> 4; //将n无符号右移四位再与n做或操作
n |= n >>> 8; //将n无符号右移八位再与n做或操作
n |= n >>> 16; //将n无符号右移十六位再与n做或操作
//如果入参cap为小于或等于0的数，那么经过cap-1之后n为负数，n经过无符号右移和或操作后仍未负
//数,所以如果n<0,则返回1;如果n大于或等于最大容量，则返回最大容量;否则返回n 1
return (n < 0) ? 1 : (n >= MAXIMUM_CAPACITY) ? MAXIMUM_CAPACITY : n 1;
}首先，为什么要对cap做减1操作。int n = cap - 1; 这是为了防止，cap已经是2的幂。如果cap已经是2的幂， 又没有执行这个减1操作，则执行完后面的几条无符号右移操作之后，返回的capacity将是这个cap的2倍。如果不懂，要看完后面的几个无符号右移之后再回来看看。 下面看看这几个无符号右移操作： 如果n这时为0了（经过了cap-1之后），则经过后面的几次无符号右移依然是0，最后返回的capacity是1（最后有个n 1的操作）。 这里只讨论n不等于0的情况。 第一次右移
n |= n >> 1;
由于n不等于0，则n的二进制表示中总会有一bit为1，这时考虑最高位的1。通过无符号右移1位，则将最高位的1右移了1位，再做或操作，使得n的二进制表示中与最高位的1紧邻的右边一位也为1，如000011xxxxxx。 第二次右移
n |= n >>> 2;
注意，这个n已经经过了n |= n >>> 1; 操作。假设此时n为000011xxxxxx ，则n无符号右移两位，会将最高位两个连续的1右移两位，然后再与原来的n做或操作，这样n的二进制表示的高位中会有4个连续的1。如00001111xxxxxx 。 第三次右移
n |= n >>> 4;
这次把已经有的高位中的连续的4个1，右移4位，再做或操作，这样n的二进制表示的高位中会有8个连续的1。如00001111 1111xxxxxx 。 以此类推 注意，容量最大也就是32bit的正数，因此最后n |= n >>> 16; ，最多也就32个1，但是这时已经大于了MAXIMUM_CAPACITY ，所以取值到MAXIMUM_CAPACITY 。
但是，请注意，在构造方法中，并没有对table这个成员变量进行初始化，table的初始化被推迟到了put方法中，在put方法中会对threshold重新计算。
4、有一个Map类型的参数的构造方法
代码语言：javascript复制/**
* Constructs a new <tt>HashMap</tt> with the same mappings as the
* specified <tt>Map</tt>. The <tt>HashMap</tt> is created with
* default load factor (0.75) and an initial capacity sufficient to
* hold the mappings in the specified <tt>Map</tt>.
* 根据传入的指定的Map参数去初始化一个新的HashMap，该HashMap拥有着和原Map中相同的映射关系
* 以及默认的负载因子（0.75f）和一个大小充足的初始容量
* @param m the map whose mappings are to be placed in this map
* 参数 m 一个映射关系将会被新的HashMap所取代的Map
* @throws NullPointerException if the specified map is null
* 如果这个Map为空的话，将会抛出空指针异常
*/
public HashMap(Map<? extends K, ? extends V> m) {
this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR; //将默认的负载因子赋值给成员变量loadFactor
putMapEntries(m, false); //调用PutMapEntries()来完成HashMap的初始化赋值过程
}这里要注意putMapEntries()方法，这个方法调用了HashMap的resize()扩容方法和putVal()存入数据方法
接下来我们分析put操作，来研究下这几个方法
put
首先点进put
源码如下 put源码： 这里我们想一下，如果让你去设计这个结构，你怎么设计？ 假如这是真实的业务场景，是不是得想一下业务是怎么样的？
带着问题，点进put方法
代码语言：javascript复制public V put(K key, V value) {
return putVal(hash(key), key, value, false, true);
}首先看下这个hash(key)方法
代码语言：javascript复制static final int hash(Object key) {
int h;
// key.hashCode() 32长度的二进制的值
return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
}//右移16位的原因：是为了让哈希后的结果更均匀的分布，减少哈希碰撞，提升hashmap的运行效率
这里有一个经典的面试题 hashmap的key可以为空嘛？ 可以，因为在源码中key==null时会将哈希值取0
一个根据key值返回对应hash值的方法，普普通通 emmmm，继续，让我们进去putVal这个方法： putVal方法源码：
代码语言：javascript复制 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)
// 初始的判断
// resize() 初始数组 扩容 初始的时候 获取了一个容量为16的数组
n = (tab = resize()).length; // n 数组长度
// 确定插入的key在数组中的下标
if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
// 通过hash值找到的数组的下标 里面没有内容就直接赋值
tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
else {
Node<K,V> e; K k;
if (p.hash == hash && // hash值相同&&
// key也相同
((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
// 插入的值的key 和 数组当前位置的 key是同一个 那么直接修改里面内容也就是覆盖
e = p;
else if (p instanceof TreeNode)
// 表示 数组中存放的节点是一个 红黑树节点
e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
else {
// 表示节点就是普通的链表
for (int binCount = 0; ; binCount) {
if ((e = p.next) == null) {
// 到了链表的尾部
p.next = newNode(hash, key, value, null);
// 将新的节点添加到了链表的尾部
// 判断是否满足 链表转红黑树的条件
if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st
// 转红黑树
treeifyBin(tab, hash);
break;
}
if (e.hash == hash &&
((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
break;
p = e;
}
}
if (e != null) { // existing mapping for key
V oldValue = e.value;
if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
e.value = value;
afterNodeAccess(e);
return oldValue;
}
}
modCount;
if ( size > threshold)//判断是否需要扩容
resize();
afterNodeInsertion(evict);
return null;
}解析都写在注释中了，这里要注意的是扩容方法resize的使用，和链表转红黑树方法treeifyBin的使用
这里介绍下扩容方法resize第一次调用的解析
第一次resize()
代码语言：javascript复制final Node<K,V>[] resize() {
// table = null
Node<K,V>[] oldTab = table;
// oldCap = 0
int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length;
// 原来的扩容因子 0
int oldThr = threshold;
// 新的容量和新的扩容因子
int newCap, newThr = 0;
if (oldCap > 0) { // 初始不执行 0
if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) {
threshold = Integer.MAX_VALUE;
return oldTab;
}
else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY &&
oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)
newThr = oldThr << 1; // double threshold
}// 初始为0
else if (oldThr > 0) // initial capacity was placed in threshold
newCap = oldThr;
else {
// 新的数组容量 16
newCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY;
// 新的扩容因子 0.75 * 16 = 12
newThr = (int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY);
}
if (newThr == 0) {
float ft = (float)newCap * loadFactor;
newThr = (newCap < MAXIMUM_CAPACITY && ft < (float)MAXIMUM_CAPACITY ?
(int)ft : Integer.MAX_VALUE);
}// 更新了 扩容的临界值 12
threshold = newThr;
@SuppressWarnings({"rawtypes","unchecked"})
// 创建了一个容量为16的Node数组
Node<K,V>[] newTab = (Node<K,V>[])new Node[newCap];
table = newTab; // 更新了table
if (oldTab != null) {
for (int j = 0; j < oldCap; j) {
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)
((TreeNode<K,V>)e).split(this, newTab, j, oldCap);
else { // preserve order
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;
}为什么扩容重新计算位置后，还能找到以前数据的位置？
进行扩容，会伴随着一次重新hash分配，并且会遍历hash表中所有的元素，是非常耗时的。在编写程序中，要尽量避免resize。
HashMap在进行扩容时，使用的rehash方式非常巧妙，因为每次扩容都是翻倍，与原来计算的 (n-1)&hash的结果相比，只是多了一个bit位，所以节点要么就在原来的位置，要么就被分配到"原位置 旧容量"这个位置。 怎么理解呢？例如我们从16扩展为32时，具体的变化如下所示：
因此元素在重新计算hash之后，因为n变为2倍，那么n-1的标记范围在高位多1bit(红色)，因此新的index就会发生这样的变化：
说明：5是假设计算出来的原来的索引。这样就验证了上述所描述的：扩容之后所以节点要么就在原来的位置，要么就被分配到"原位置 旧容量"这个位置。
因此，我们在扩充HashMap的时候，不需要重新计算hash，只需要看看原来的hash值新增的那个bit是1还是0就可以了，是0的话索引没变，是1的话索引变成“原索引 oldCap(原位置 旧容量)”。可以看看下图为16扩充为32的resize示意图：
正是因为这样巧妙的rehash方式，既省去了重新计算hash值的时间，而且同时，由于新增的1bit是0还是1可以认为是随机的，在resize的过程中保证了rehash之后每个桶上的节点数一定小于等于原来桶上的节点数，保证了rehash之后不会出现更严重的hash冲突，均匀的把之前的冲突的节点分散到新的桶中了。
然后介绍下链表转红黑树方法treeifyBin：
链表转红黑树方法treeifyBin
代码语言：javascript复制 final void treeifyBin(Node<K,V>[] tab, int hash) {
int n, index; Node<K,V> e;
// tab为空 或者 数组的长度小于64
if (tab == null || (n = tab.length) < MIN_TREEIFY_CAPACITY)
resize(); // 扩容
else if ((e = tab[index = (n - 1) & hash]) != null) {
// 链表转红黑树的逻辑
TreeNode<K,V> hd = null, tl = null;
do {
TreeNode<K,V> p = replacementTreeNode(e, null);
if (tl == null)
hd = p;
else {
p.prev = tl;
tl.next = p;
}
tl = p;
} while ((e = e.next) != null);
if ((tab[index] = hd) != null)
hd.treeify(tab);
}
}总结一下put方法的内容
- 找到要插入的位置
- 判断里面是否有值 2.1 有值： 判断当前节点是树型还是链表 2.1.1链表： 加到链表尾部，然后判断长度是否满足转红黑树的临界值 2.1.2树型： 直接插到树上 2.2 无值： 插入
- 判断长度是否满足扩容（长度*扩容因子） 若满足，则动态扩容
中间还有hash值的比较、红黑树转回链表等情况，不过这些情况比较少见，这里就不讨论了，接下来看下动态扩容的代码逻辑 ，也就是第二次扩容时resize方法的解析：
第二次扩容resize方法
代码语言：javascript复制final Node<K,V>[] resize() {
// [1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,,,,]
Node<K,V>[] oldTab = table;
// 16
int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length;
// 12
int oldThr = threshold;
int newCap, newThr = 0;
if (oldCap > 0) {
if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) {
threshold = Integer.MAX_VALUE;
return oldTab;
}
// 新的容量是 原来容量的两倍
else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY &&
oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)
// 扩容的临界值 原来的两倍 24
newThr = oldThr << 1; // double threshold
}
else if (oldThr > 0) // initial capacity was placed in threshold
newCap = oldThr;
else { // zero initial threshold signifies using defaults
newCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY;
newThr = (int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY);
}
if (newThr == 0) {
float ft = (float)newCap * loadFactor;
newThr = (newCap < MAXIMUM_CAPACITY && ft < (float)MAXIMUM_CAPACITY ?
(int)ft : Integer.MAX_VALUE);
}
threshold = newThr;
@SuppressWarnings({"rawtypes","unchecked"})
// 创建的数组的长度是32
Node<K,V>[] newTab = (Node<K,V>[])new Node[newCap];
table = newTab;
if (oldTab != null) { // 初始的时候是不需要复制的
for (int j = 0; j < oldCap; j) {
Node<K,V> e;
if ((e = oldTab[j]) != null) {
oldTab[j] = null;
if (e.next == null)
// 数组中的元素就一个 找到元素在新的数组中的位置 赋值
newTab[e.hash & (newCap - 1)] = e;
else if (e instanceof TreeNode)
// 移动红黑树节点
((TreeNode<K,V>)e).split(this, newTab, j, oldCap);
else { // preserve order
// 普通的链表的移动
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;
}put搞明白了，剩下的就显得容易了 看完添加了，再来看下删除：
remove
解析都写在注释上了
代码语言：javascript复制 public V remove(Object key) {
//临时变量
Node<K,V> e;
/**调用removeNode(hash(key), key, null, false, true)进行删除，第三个value为null，表示，把key的节点直接都删除了，不需要用到值，如果设为值，则还需要去进行查找操作**/
return (e = removeNode(hash(key), key, null, false, true)) == null ?
null : e.value;
}
/**第一参数为哈希值，第二个为key，第三个value，第四个如果为false，则表示删除后，不移动节点，第五个为是为true的话，则表示删除它key对应的value，不删除key**/
final Node<K,V> removeNode(int hash, Object key, Object value,
boolean matchValue, boolean movable) {
//tab 哈希数组，p 数组下标的节点，n 长度，index 当前数组下标
Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, index;
//哈希数组不为null，且长度大于0，然后获得到要删除key的节点所在是数组下标位置
if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 &&
(p = tab[index = (n - 1) & hash]) != null) {
//nodee 存储要删除的节点，e 临时变量，k 当前节点的key，v 当前节点的value
Node<K,V> node = null, e; K k; V v;
//如果数组下标的节点正好是要删除的节点，把值赋给临时变量node
if (p.hash == hash &&
((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
node = p;
//也就是要删除的节点，在链表或者红黑树上，先判断是否为红黑树的节点
else if ((e = p.next) != null) {
if (p instanceof TreeNode)
//遍历红黑树，找到该节点并返回
node = ((TreeNode<K,V>)p).getTreeNode(hash, key);
else { //表示为链表节点，一样的遍历找到该节点
do {
if (e.hash == hash &&
((k = e.key) == key ||
(key != null && key.equals(k)))) {
node = e;
break;
}
/**注意，如果进入了链表中的遍历，那么此处的p不再是数组下标的节点，而是要删除结点的上一个结点**/
p = e;
} while ((e = e.next) != null);
}
}
//找到要删除的节点后，判断!matchValue，我们正常的remove删除，!matchValue都为true
if (node != null && (!matchValue || (v = node.value) == value ||
(value != null && value.equals(v)))) {
//如果删除的节点是红黑树结构，则去红黑树中删除
if (node instanceof TreeNode)
((TreeNode<K,V>)node).removeTreeNode(this, tab, movable);
//如果是链表结构，且删除的节点为数组下标节点，也就是头结点，直接让下一个作为头
else if (node == p)
tab[index] = node.next;
else /**为链表结构，删除的节点在链表中，把要删除的下一个结点设为上一个结点的下一个节点**/
p.next = node.next;
//修改计数器
modCount;
//长度减一
--size;
/**此方法在hashMap中是为了让子类去实现，主要是对删除结点后的链表关系进行处理**/
afterNodeRemoval(node);
//返回删除的节点
return node;
}
}
//返回null则表示没有该节点，删除失败
return null;
}删除还有clear方法，把所有的数组下标元素都置为null，下面在来看看较为简单的获取元素与修改元素操作。
get
代码语言：javascript复制 public V get(Object key) {
Node<K,V> e;
//也是调用getNode方法来完成的
return (e = getNode(hash(key), key)) == null ? null : e.value;
}
final Node<K,V> getNode(int hash, Object key) {
//first 头结点，e 临时变量，n 长度,k key
Node<K,V>[] tab; Node<K,V> first, e; int n; K k;
//头结点也就是数组下标的节点
if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 &&
(first = tab[(n - 1) & hash]) != null) {
//如果是头结点，则直接返回头结点
if (first.hash == hash &&
((k = first.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
return first;
//不是头结点
if ((e = first.next) != null) {
//判断是否是红黑树结构
if (first instanceof TreeNode)
//去红黑树中找，然后返回
return ((TreeNode<K,V>)first).getTreeNode(hash, key);
do { //链表节点，一样遍历链表，找到该节点并返回
if (e.hash == hash &&
((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
return e;
} while ((e = e.next) != null);
}
}
//找不到，表示不存在该节点
return null;
}代码注释不易，重要的也都看完了，点个赞呗
