前言
-
HashMap在Java和Android開發中非常常見 - 今天，我將帶來
HashMap的全部源碼分析，希望你們會喜歡。
- 本文基于版本
JDK 1.7，即Java 7- 關于版本
JDK 1.8，即Java 8，具體請看文章Java源碼分析：關于 HashMap 1.8 的重大更新
目錄
示意圖
1. 簡介
- 類定義
public class HashMap<K,V>
extends AbstractMap<K,V>
implements Map<K,V>, Cloneable, Serializable
- 主要介紹
示意圖
-
HashMap的實現在JDK 1.7和JDK 1.8差別較大 - 今天，我將主要講解
JDK 1.7中HashMap的源碼解析
關于
JDK 1.8中HashMap的源碼解析請看文章：Java源碼分析：關于 HashMap 1.8 的重大更新
2. 數據結構
2.1 具體描述
HashMap 采用的數據結構 = 數組（主） + 單鏈表（副），具體描述如下
該數據結構方式也稱：拉鏈法
示意圖
2.2 示意圖
示意圖
2.3 存儲流程
注：為了讓大家有個感性的認識，只是簡單的畫出存儲流程，更加詳細 & 具體的存儲流程會在下面源碼分析中給出
示意圖
2.4 數組元素 & 鏈表節點的 實現類
-
HashMap中的數組元素 & 鏈表節點 采用Entry類 實現，如下圖所示
示意圖
- 即
HashMap的本質 = 1個存儲Entry類對象的數組 + 多個單鏈表Entry對象本質 = 1個映射（鍵 - 值對），屬性包括：鍵（key）、值（value） & 下1節點(next) = 單鏈表的指針 = 也是一個Entry對象，用于解決hash沖突
- 該類的源碼分析如下
具體分析請看注釋
/**
* Entry類實現了Map.Entry接口
* 即 實現了getKey()、getValue()、equals(Object o)和hashCode()等方法
**/
static class Entry<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
final K key; // 鍵
V value; // 值
Entry<K,V> next; // 指向下一個節點 ，也是一個Entry對象，從而形成解決hash沖突的單鏈表
int hash; // hash值
/**
* 構造方法，創建一個Entry
* 參數：哈希值h，鍵值k，值v、下一個節點n
*/
Entry(int h, K k, V v, Entry<K,V> n) {
value = v;
next = n;
key = k;
hash = h;
}
// 返回 與 此項 對應的鍵
public final K getKey() {
return key;
}
// 返回 與 此項 對應的值
public final V getValue() {
return value;
}
public final V setValue(V newValue) {
V oldValue = value;
value = newValue;
return oldValue;
}
/**
* equals（）
* 作用：判斷2個Entry是否相等，必須key和value都相等，才返回true
*/
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;
}
/**
* hashCode（）
*/
public final int hashCode() {
return Objects.hashCode(getKey()) ^ Objects.hashCode(getValue());
}
public final String toString() {
return getKey() + "=" + getValue();
}
/**
* 當向HashMap中添加元素時，即調用put(k,v)時，
* 對已經在HashMap中k位置進行v的覆蓋時，會調用此方法
* 此處沒做任何處理
*/
void recordAccess(HashMap<K,V> m) {
}
/**
* 當從HashMap中刪除了一個Entry時，會調用該函數
* 此處沒做任何處理
*/
void recordRemoval(HashMap<K,V> m) {
}
}
3. 具體使用
3.1 主要使用API（方法、函數）
V get(Object key); // 獲得指定鍵的值
V put(K key, V value); // 添加鍵值對
void putAll(Map<? extends K, ? extends V> m); // 將指定Map中的鍵值對 復制到 此Map中
V remove(Object key); // 刪除該鍵值對
boolean containsKey(Object key); // 判斷是否存在該鍵的鍵值對；是 則返回true
boolean containsValue(Object value); // 判斷是否存在該值的鍵值對；是 則返回true
Set<K> keySet(); // 單獨抽取key序列，將所有key生成一個Set
Collection<V> values(); // 單獨value序列，將所有value生成一個Collection
void clear(); // 清除哈希表中的所有鍵值對
int size(); // 返回哈希表中所有 鍵值對的數量 = 數組中的鍵值對 + 鏈表中的鍵值對
boolean isEmpty(); // 判斷HashMap是否為空；size == 0時 表示為 空
3.2 使用流程
- 在具體使用時，主要流程是：
- 聲明1個
HashMap的對象 - 向
HashMap添加數據（成對 放入 鍵 - 值對） - 獲取
HashMap的某個數據 - 獲取
HashMap的全部數據：遍歷HashMap
- 示例代碼
import java.util.Collection;
import java.util.HashMap;
import java.util.Iterator;
import java.util.Map;
import java.util.Set;
public class HashMapTest {
public static void main(String[] args) {
/**
* 1. 聲明1個 HashMap的對象
*/
Map<String, Integer> map = new HashMap<String, Integer>();
/**
* 2. 向HashMap添加數據（成對 放入 鍵 - 值對）
*/
map.put("Android", 1);
map.put("Java", 2);
map.put("iOS", 3);
map.put("數據挖掘", 4);
map.put("產品經理", 5);
/**
* 3. 獲取 HashMap 的某個數據
*/
System.out.println("key = 產品經理時的值為：" + map.get("產品經理"));
/**
* 4. 獲取 HashMap 的全部數據：遍歷HashMap
* 核心思想：
* 步驟1：獲得key-value對（Entry） 或 key 或 value的Set集合
* 步驟2：遍歷上述Set集合(使用for循環 、 迭代器（Iterator）均可)
* 方法共有3種：分別針對 key-value對（Entry） 或 key 或 value
*/
// 方法1：獲得key-value的Set集合 再遍歷
System.out.println("方法1");
// 1. 獲得key-value對（Entry）的Set集合
Set<Map.Entry<String, Integer>> entrySet = map.entrySet();
// 2. 遍歷Set集合，從而獲取key-value
// 2.1 通過for循環
for(Map.Entry<String, Integer> entry : entrySet){
System.out.print(entry.getKey());
System.out.println(entry.getValue());
}
System.out.println("----------");
// 2.2 通過迭代器：先獲得key-value對（Entry）的Iterator，再循環遍歷
Iterator iter1 = entrySet.iterator();
while (iter1.hasNext()) {
// 遍歷時，需先獲取entry，再分別獲取key、value
Map.Entry entry = (Map.Entry) iter1.next();
System.out.print((String) entry.getKey());
System.out.println((Integer) entry.getValue());
}
// 方法2：獲得key的Set集合 再遍歷
System.out.println("方法2");
// 1. 獲得key的Set集合
Set<String> keySet = map.keySet();
// 2. 遍歷Set集合，從而獲取key，再獲取value
// 2.1 通過for循環
for(String key : keySet){
System.out.print(key);
System.out.println(map.get(key));
}
System.out.println("----------");
// 2.2 通過迭代器：先獲得key的Iterator，再循環遍歷
Iterator iter2 = keySet.iterator();
String key = null;
while (iter2.hasNext()) {
key = (String)iter2.next();
System.out.print(key);
System.out.println(map.get(key));
}
// 方法3：獲得value的Set集合 再遍歷
System.out.println("方法3");
// 1. 獲得value的Set集合
Collection valueSet = map.values();
// 2. 遍歷Set集合，從而獲取value
// 2.1 獲得values 的Iterator
Iterator iter3 = valueSet.iterator();
// 2.2 通過遍歷，直接獲取value
while (iter3.hasNext()) {
System.out.println(iter3.next());
}
}
}
// 注：對于遍歷方式，推薦使用針對 key-value對（Entry）的方式：效率高
// 原因：
// 1. 對于 遍歷keySet 、valueSet，實質上 = 遍歷了2次：1 = 轉為 iterator 迭代器遍歷、2 = 從 HashMap 中取出 key 的 value 操作（通過 key 值 hashCode 和 equals 索引）
// 2. 對于 遍歷 entrySet ，實質 = 遍歷了1次 = 獲取存儲實體Entry（存儲了key 和 value ）
- 運行結果
方法1
Java2
iOS3
數據挖掘4
Android1
產品經理5
----------
Java2
iOS3
數據挖掘4
Android1
產品經理5
方法2
Java2
iOS3
數據挖掘4
Android1
產品經理5
----------
Java2
iOS3
數據挖掘4
Android1
產品經理5
方法3
2
3
4
1
5
下面，我們按照上述的使用過程，對一個個步驟進行源碼解析
4. 基礎知識：HashMap中的重要參數（變量）
- 在進行真正的源碼分析前，先講解
HashMap中的重要參數（變量） -
HashMap中的主要參數 = 容量、加載因子、擴容閾值 - 具體介紹如下
// 1. 容量（capacity）： HashMap中數組的長度
// a. 容量范圍：必須是2的冪 & <最大容量（2的30次方）
// b. 初始容量 = 哈希表創建時的容量
// 默認容量 = 16 = 1<<4 = 00001中的1向左移4位 = 10000 = 十進制的2^4=16
static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4;
// 最大容量 = 2的30次方（若傳入的容量過大，將被最大值替換）
static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;
// 2. 加載因子(Load factor)：HashMap在其容量自動增加前可達到多滿的一種尺度
// a. 加載因子越大、填滿的元素越多 = 空間利用率高、但沖突的機會加大、查找效率變低（因為鏈表變長了）
// b. 加載因子越小、填滿的元素越少 = 空間利用率小、沖突的機會減小、查找效率高（鏈表不長）
// 實際加載因子
final float loadFactor;
// 默認加載因子 = 0.75
static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;
// 3. 擴容閾值（threshold）：當哈希表的大小 ≥ 擴容閾值時，就會擴容哈希表（即擴充HashMap的容量）
// a. 擴容 = 對哈希表進行resize操作（即重建內部數據結構），從而哈希表將具有大約兩倍的桶數
// b. 擴容閾值 = 容量 x 加載因子
int threshold;
// 4. 其他
// 存儲數據的Entry類型 數組，長度 = 2的冪
// HashMap的實現方式 = 拉鏈法，Entry數組上的每個元素本質上是一個單向鏈表
transient Entry<K,V>[] table = (Entry<K,V>[]) EMPTY_TABLE;
// HashMap的大小，即 HashMap中存儲的鍵值對的數量
transient int size;
- 參數示意圖
示意圖
- 此處 詳細說明 加載因子
示意圖
5. 源碼分析
- 本次的源碼分析主要是根據 使用步驟 進行相關函數的詳細分析
- 主要分析內容如下：
示意圖
- 下面，我將對每個步驟內容的主要方法進行詳細分析
步驟1：聲明1個 HashMap的對象
/**
* 函數使用原型
*/
Map<String,Integer> map = new HashMap<String,Integer>();
/**
* 源碼分析：主要是HashMap的構造函數 = 4個
* 僅貼出關于HashMap構造函數的源碼
*/
public class HashMap<K,V>
extends AbstractMap<K,V>
implements Map<K,V>, Cloneable, Serializable{
// 省略上節闡述的參數
/**
* 構造函數1：默認構造函數（無參）
* 加載因子 & 容量 = 默認 = 0.75、16
*/
public HashMap() {
// 實際上是調用構造函數3：指定“容量大小”和“加載因子”的構造函數
// 傳入的指定容量 & 加載因子 = 默認
this(DEFAULT_INITIAL_CAPACITY, DEFAULT_LOAD_FACTOR);
}
/**
* 構造函數2：指定“容量大小”的構造函數
* 加載因子 = 默認 = 0.75 、容量 = 指定大小
*/
public HashMap(int initialCapacity) {
// 實際上是調用指定“容量大小”和“加載因子”的構造函數
// 只是在傳入的加載因子參數 = 默認加載因子
this(initialCapacity, DEFAULT_LOAD_FACTOR);
}
/**
* 構造函數3：指定“容量大小”和“加載因子”的構造函數
* 加載因子 & 容量 = 自己指定
*/
public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {
// HashMap的最大容量只能是MAXIMUM_CAPACITY，哪怕傳入的 > 最大容量
if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY)
initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY;
// 設置 加載因子
this.loadFactor = loadFactor;
// 設置 擴容閾值 = 初始容量
// 注：此處不是真正的閾值，是為了擴展table，該閾值后面會重新計算，下面會詳細講解
threshold = initialCapacity;
init(); // 一個空方法用于未來的子對象擴展
}
/**
* 構造函數4：包含“子Map”的構造函數
* 即 構造出來的HashMap包含傳入Map的映射關系
* 加載因子 & 容量 = 默認
*/
public HashMap(Map<? extends K, ? extends V> m) {
// 設置容量大小 & 加載因子 = 默認
this(Math.max((int) (m.size() / DEFAULT_LOAD_FACTOR) + 1,
DEFAULT_INITIAL_CAPACITY), DEFAULT_LOAD_FACTOR);
// 該方法用于初始化 數組 & 閾值，下面會詳細說明
inflateTable(threshold);
// 將傳入的子Map中的全部元素逐個添加到HashMap中
putAllForCreate(m);
}
}
- 注：
- 此處僅用于接收初始容量大小（
capacity）、加載因子(Load factor)，但仍無真正初始化哈希表，即初始化存儲數組table - 此處先給出結論：真正初始化哈希表（初始化存儲數組
table）是在第1次添加鍵值對時，即第1次調用put（）時。下面會詳細說明
- 此處僅用于接收初始容量大小（
至此，關于HashMap的構造函數講解完畢。
步驟2：向HashMap添加數據（成對 放入 鍵 - 值對）
- 添加數據的流程如下
注：為了讓大家有個感性的認識，只是簡單的畫出存儲流程，更加詳細 & 具體的存儲流程會在下面源碼分析中給出
示意圖
- 源碼分析
/**
* 函數使用原型
*/
map.put("Android", 1);
map.put("Java", 2);
map.put("iOS", 3);
map.put("數據挖掘", 4);
map.put("產品經理", 5);
/**
* 源碼分析：主要分析： HashMap的put函數
*/
public V put(K key, V value)
（分析1）// 1. 若 哈希表未初始化（即 table為空)
// 則使用 構造函數時設置的閾值(即初始容量) 初始化 數組table
if (table == EMPTY_TABLE) {
inflateTable(threshold);
}
// 2. 判斷key是否為空值null
（分析2）// 2.1 若key == null，則將該鍵-值 存放到數組table 中的第1個位置，即table [0]
// （本質：key = Null時，hash值 = 0，故存放到table[0]中）
// 該位置永遠只有1個value，新傳進來的value會覆蓋舊的value
if (key == null)
return putForNullKey(value);
（分析3） // 2.2 若 key ≠ null，則計算存放數組 table 中的位置（下標、索引）
// a. 根據鍵值key計算hash值
int hash = hash(key);
// b. 根據hash值 最終獲得 key對應存放的數組Table中位置
int i = indexFor(hash, table.length);
// 3. 判斷該key對應的值是否已存在（通過遍歷 以該數組元素為頭結點的鏈表 逐個判斷）
for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) {
Object k;
（分析4）// 3.1 若該key已存在（即 key-value已存在 ），則用 新value 替換 舊value
if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {
V oldValue = e.value;
e.value = value;
e.recordAccess(this);
return oldValue; //并返回舊的value
}
}
modCount++;
（分析5）// 3.2 若 該key不存在，則將“key-value”添加到table中
addEntry(hash, key, value, i);
return null;
}
- 根據源碼分析所作出的流程圖
示意圖
- 下面，我將根據上述流程的5個分析點進行詳細講解
分析1：初始化哈希表
即 初始化數組（table）、擴容閾值（threshold）
/**
* 函數使用原型
*/
if (table == EMPTY_TABLE) {
inflateTable(threshold);
}
/**
* 源碼分析：inflateTable(threshold);
*/
private void inflateTable(int toSize) {
// 1. 將傳入的容量大小轉化為：>傳入容量大小的最小的2的次冪
// 即如果傳入的是容量大小是19，那么轉化后，初始化容量大小為32（即2的5次冪）
int capacity = roundUpToPowerOf2(toSize);->>分析1
// 2. 重新計算閾值 threshold = 容量 * 加載因子
threshold = (int) Math.min(capacity * loadFactor, MAXIMUM_CAPACITY + 1);
// 3. 使用計算后的初始容量（已經是2的次冪） 初始化數組table（作為數組長度）
// 即 哈希表的容量大小 = 數組大小（長度）
table = new Entry[capacity]; //用該容量初始化table
initHashSeedAsNeeded(capacity);
}
/**
* 分析1：roundUpToPowerOf2(toSize)
* 作用：將傳入的容量大小轉化為：>傳入容量大小的最小的2的冪
* 特別注意：容量大小必須為2的冪，該原因在下面的講解會詳細分析
*/
private static int roundUpToPowerOf2(int number) {
//若 容量超過了最大值，初始化容量設置為最大值 ；否則，設置為：>傳入容量大小的最小的2的次冪
return number >= MAXIMUM_CAPACITY ?
MAXIMUM_CAPACITY : (number > 1) ? Integer.highestOneBit((number - 1) << 1) : 1;
- 再次強調：真正初始化哈希表（初始化存儲數組
table）是在第1次添加鍵值對時，即第1次調用put（）時
分析2：當 key ==null時，將該 key-value 的存儲位置規定為數組table 中的第1個位置，即table [0]
/**
* 函數使用原型
*/
if (key == null)
return putForNullKey(value);
/**
* 源碼分析：putForNullKey(value)
*/
private V putForNullKey(V value) {
// 遍歷以table[0]為首的鏈表，尋找是否存在key==null 對應的鍵值對
// 1. 若有：則用新value 替換 舊value；同時返回舊的value值
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;
}
}
modCount++;
// 2 .若無key==null的鍵，那么調用addEntry（），將空鍵 & 對應的值封裝到Entry中，并放到table[0]中
addEntry(0, null, value, 0);
// 注：
// a. addEntry（）的第1個參數 = hash值 = 傳入0
// b. 即 說明：當key = null時，也有hash值 = 0，所以HashMap的key 可為null
// c. 對比HashTable，由于HashTable對key直接hashCode（），若key為null時，會拋出異常，所以HashTable的key不可為null
// d. 此處只需知道是將 key-value 添加到HashMap中即可，關于addEntry（）的源碼分析將等到下面再詳細說明，
return null;
}
從此處可以看出：
-
HashMap的鍵key可為null（區別于HashTable的key不可為null） -
HashMap的鍵key可為null且只能為1個，但值value可為null且為多個
分析3：計算存放數組 table 中的位置（即 數組下標 or 索引）
/**
* 函數使用原型
* 主要分為2步：計算hash值、根據hash值再計算得出最后數組位置
*/
// a. 根據鍵值key計算hash值 ->> 分析1
int hash = hash(key);
// b. 根據hash值 最終獲得 key對應存放的數組Table中位置 ->> 分析2
int i = indexFor(hash, table.length);
/**
* 源碼分析1：hash(key)
* 該函數在JDK 1.7 和 1.8 中的實現不同，但原理一樣 = 擾動函數 = 使得根據key生成的哈希碼（hash值）分布更加均勻、更具備隨機性，避免出現hash值沖突（即指不同key但生成同1個hash值）
* JDK 1.7 做了9次擾動處理 = 4次位運算 + 5次異或運算
* JDK 1.8 簡化了擾動函數 = 只做了2次擾動 = 1次位運算 + 1次異或運算
*/
// JDK 1.7實現：將 鍵key 轉換成 哈希碼（hash值）操作 = 使用hashCode() + 4次位運算 + 5次異或運算（9次擾動）
static final int hash(int h) {
h ^= k.hashCode();
h ^= (h >>> 20) ^ (h >>> 12);
return h ^ (h >>> 7) ^ (h >>> 4);
}
// JDK 1.8實現：將 鍵key 轉換成 哈希碼（hash值）操作 = 使用hashCode() + 1次位運算 + 1次異或運算（2次擾動）
// 1. 取hashCode值： h = key.hashCode()
// 2. 高位參與低位的運算：h ^ (h >>> 16)
static final int hash(Object key) {
int h;
return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
// a. 當key = null時，hash值 = 0，所以HashMap的key 可為null
// 注：對比HashTable，HashTable對key直接hashCode（），若key為null時，會拋出異常，所以HashTable的key不可為null
// b. 當key ≠ null時，則通過先計算出 key的 hashCode()（記為h），然后 對哈希碼進行 擾動處理： 按位 異或（^） 哈希碼自身右移16位后的二進制
}
/**
* 函數源碼分析2：indexFor(hash, table.length)
* JDK 1.8中實際上無該函數，但原理相同，即具備類似作用的函數
*/
static int indexFor(int h, int length) {
return h & (length-1);
// 將對哈希碼擾動處理后的結果 與運算(&) （數組長度-1），最終得到存儲在數組table的位置（即數組下標、索引）
}
-
總結 計算存放在數組 table 中的位置（即數組下標、索引）的過程
示意圖
在了解 如何計算存放數組table 中的位置 后，所謂 知其然 而 需知其所以然，下面我將講解為什么要這樣計算，即主要解答以下3個問題：
- 為什么不直接采用經過
hashCode（）處理的哈希碼 作為 存儲數組table的下標位置？ - 為什么采用 哈希碼 與運算(&) （數組長度-1） 計算數組下標？
- 為什么在計算數組下標前，需對哈希碼進行二次處理：擾動處理？
在回答這3個問題前，請大家記住一個核心思想：
所有處理的根本目的，都是為了提高 存儲
key-value的數組下標位置 的隨機性 & 分布均勻性，盡量避免出現hash值沖突。即：對于不同key，存儲的數組下標位置要盡可能不一樣
問題1：為什么不直接采用經過hashCode（）處理的哈希碼 作為 存儲數組table的下標位置？
- 結論：容易出現 哈希碼 與 數組大小范圍不匹配的情況，即 計算出來的哈希碼可能 不在數組大小范圍內，從而導致無法匹配存儲位置
- 原因描述
示意圖
- 為了解決 “哈希碼與數組大小范圍不匹配” 的問題，
HashMap給出了解決方案：哈希碼 與運算（&） （數組長度-1）；請繼續問題2
問題2：為什么采用 哈希碼 與運算(&) （數組長度-1） 計算數組下標？
結論：根據HashMap的容量大小（數組長度），按需取 哈希碼一定數量的低位 作為存儲的數組下標位置，從而 解決 “哈希碼與數組大小范圍不匹配” 的問題
具體解決方案描述
示意圖
問題3：為什么在計算數組下標前，需對哈希碼進行二次處理：擾動處理？
結論：加大哈希碼低位的隨機性，使得分布更均勻，從而提高對應數組存儲下標位置的隨機性 & 均勻性，最終減少Hash沖突
具體描述
示意圖
至此，關于怎么計算 key-value 值存儲在HashMap數組位置 & 為什么要這么計算，講解完畢。
分析4：若對應的key已存在，則 使用 新value 替換 舊value
注：當發生
Hash沖突時，為了保證 鍵key的唯一性哈希表并不會馬上在鏈表中插入新數據，而是先查找該key是否已存在，若已存在，則替換即可
/**
* 函數使用原型
*/
// 2. 判斷該key對應的值是否已存在（通過遍歷 以該數組元素為頭結點的鏈表 逐個判斷）
for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) {
Object k;
// 2.1 若該key已存在（即 key-value已存在 ），則用 新value 替換 舊value
if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {
V oldValue = e.value;
e.value = value;
e.recordAccess(this);
return oldValue; //并返回舊的value
}
}
modCount++;
// 2.2 若 該key不存在，則將“key-value”添加到table中
addEntry(hash, key, value, i);
return null;
- 此處無復雜的源碼分析，但此處的分析點主要有2個：替換流程 &
key是否存在（即key值的對比）
分析1：替換流程
具體如下圖：
示意圖
分析2：key值的比較
采用 equals（） 或 "==" 進行比較，下面給出其介紹 & 與 “==”使用的對比
示意圖
分析5：若對應的key不存在，則將該“key-value”添加到數組table的對應位置中
- 函數源碼分析如下
/**
* 函數使用原型
*/
// 2. 判斷該key對應的值是否已存在
for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) {
Object k;
// 2.1 若該key對應的值已存在，則用新的value取代舊的value
if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {
V oldValue = e.value;
e.value = value;
e.recordAccess(this);
return oldValue;
}
}
modCount++;
// 2.2 若 該key對應的值不存在，則將“key-value”添加到table中
addEntry(hash, key, value, i);
/**
* 源碼分析：addEntry(hash, key, value, i)
* 作用：添加鍵值對（Entry ）到 HashMap中
*/
void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
// 參數3 = 插入數組table的索引位置 = 數組下標
// 1. 插入前，先判斷容量是否足夠
// 1.1 若不足夠，則進行擴容（2倍）、重新計算Hash值、重新計算存儲數組下標
if ((size >= threshold) && (null != table[bucketIndex])) {
resize(2 * table.length); // a. 擴容2倍 --> 分析1
hash = (null != key) ? hash(key) : 0; // b. 重新計算該Key對應的hash值
bucketIndex = indexFor(hash, table.length); // c. 重新計算該Key對應的hash值的存儲數組下標位置
}
// 1.2 若容量足夠，則創建1個新的數組元素（Entry） 并放入到數組中--> 分析2
createEntry(hash, key, value, bucketIndex);
}
/**
* 分析1：resize(2 * table.length)
* 作用：當容量不足時（容量 > 閾值），則擴容（擴到2倍）
*/
void resize(int newCapacity) {
// 1. 保存舊數組（old table）
Entry[] oldTable = table;
// 2. 保存舊容量（old capacity ），即數組長度
int oldCapacity = oldTable.length;
// 3. 若舊容量已經是系統默認最大容量了，那么將閾值設置成整型的最大值，退出
if (oldCapacity == MAXIMUM_CAPACITY) {
threshold = Integer.MAX_VALUE;
return;
}
// 4. 根據新容量（2倍容量）新建1個數組，即新table
Entry[] newTable = new Entry[newCapacity];
// 5. 將舊數組上的數據（鍵值對）轉移到新table中，從而完成擴容 ->>分析1.1
transfer(newTable);
// 6. 新數組table引用到HashMap的table屬性上
table = newTable;
// 7. 重新設置閾值
threshold = (int)(newCapacity * loadFactor);
}
/**
* 分析1.1：transfer(newTable);
* 作用：將舊數組上的數據（鍵值對）轉移到新table中，從而完成擴容
* 過程：按舊鏈表的正序遍歷鏈表、在新鏈表的頭部依次插入
*/
void transfer(Entry[] newTable) {
// 1. src引用了舊數組
Entry[] src = table;
// 2. 獲取新數組的大小 = 獲取新容量大小
int newCapacity = newTable.length;
// 3. 通過遍歷 舊數組，將舊數組上的數據（鍵值對）轉移到新數組中
for (int j = 0; j < src.length; j++) {
// 3.1 取得舊數組的每個元素
Entry<K,V> e = src[j];
if (e != null) {
// 3.2 釋放舊數組的對象引用（for循環后，舊數組不再引用任何對象）
src[j] = null;
do {
// 3.3 遍歷 以該數組元素為首 的鏈表
// 注：轉移鏈表時，因是單鏈表，故要保存下1個結點，否則轉移后鏈表會斷開
Entry<K,V> next = e.next;
// 3.4 重新計算每個元素的存儲位置
int i = indexFor(e.hash, newCapacity);
// 3.5 將元素放在數組上：采用單鏈表的頭插入方式 = 在鏈表頭上存放數據 = 將數組位置的原有數據放在后1個指針、將需放入的數據放到數組位置中
// 即 擴容后，可能出現逆序：按舊鏈表的正序遍歷鏈表、在新鏈表的頭部依次插入
e.next = newTable[i];
newTable[i] = e;
// 3.6 訪問下1個Entry鏈上的元素，如此不斷循環，直到遍歷完該鏈表上的所有節點
e = next;
} while (e != null);
// 如此不斷循環，直到遍歷完數組上的所有數據元素
}
}
}
/**
* 分析2：createEntry(hash, key, value, bucketIndex);
* 作用： 若容量足夠，則創建1個新的數組元素（Entry） 并放入到數組中
*/
void createEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
// 1. 把table中該位置原來的Entry保存
Entry<K,V> e = table[bucketIndex];
// 2. 在table中該位置新建一個Entry：將原頭結點位置（數組上）的鍵值對 放入到（鏈表）后1個節點中、將需插入的鍵值對 放入到頭結點中（數組上）-> 從而形成鏈表
// 即 在插入元素時，是在鏈表頭插入的，table中的每個位置永遠只保存最新插入的Entry，舊的Entry則放入到鏈表中（即 解決Hash沖突）
table[bucketIndex] = new Entry<>(hash, key, value, e);
// 3. 哈希表的鍵值對數量計數增加
size++;
}
此處有2點需特別注意：鍵值對的添加方式 & 擴容機制
1. 鍵值對的添加方式：單鏈表的頭插法
- 即 將該位置（數組上）原來的數據放在該位置的（鏈表）下1個節點中（next）、在該位置（數組上）放入需插入的數據-> 從而形成鏈表
- 如下示意圖
示意圖
2. 擴容機制
- 具體流程如下：
示意圖
- 擴容過程中的轉移數據示意圖如下
示意圖
在擴容resize（）過程中，在將舊數組上的數據 轉移到 新數組上時，轉移操作 = 按舊鏈表的正序遍歷鏈表、在新鏈表的頭部依次插入，即在轉移數據、擴容后，容易出現鏈表逆序的情況
設重新計算存儲位置后不變，即擴容前 = 1->2->3，擴容后 = 3->2->1
- 此時若（多線程）并發執行 put（）操作，一旦出現擴容情況，則 容易出現 環形鏈表，從而在獲取數據、遍歷鏈表時 形成死循環（Infinite Loop），即 死鎖的狀態 = 線程不安全
下面最后1節會對上述情況詳細說明
總結
- 向
HashMap添加數據（成對 放入 鍵 - 值對）的全流程
示意圖
-
示意圖
示意圖
至此，關于 “向 HashMap 添加數據（成對 放入 鍵 - 值對）“講解完畢
步驟3：從HashMap中獲取數據
- 假如理解了上述
put（）函數的原理，那么get（）函數非常好理解，因為二者的過程原理幾乎相同 -
get（）函數的流程如下：
示意圖
- 具體源碼分析如下
/**
* 函數原型
* 作用：根據鍵key，向HashMap獲取對應的值
*/
map.get(key)；
/**
* 源碼分析
*/
public V get(Object key) {
// 1. 當key == null時，則到 以哈希表數組中的第1個元素（即table[0]）為頭結點的鏈表去尋找對應 key == null的鍵
if (key == null)
return getForNullKey(); --> 分析1
// 2. 當key ≠ null時，去獲得對應值 -->分析2
Entry<K,V> entry = getEntry(key);
return null == entry ? null : entry.getValue();
}
/**
* 分析1：getForNullKey()
* 作用：當key == null時，則到 以哈希表數組中的第1個元素（即table[0]）為頭結點的鏈表去尋找對應 key == null的鍵
*/
private V getForNullKey() {
if (size == 0) {
return null;
}
// 遍歷以table[0]為頭結點的鏈表，尋找 key==null 對應的值
for (Entry<K,V> e = table[0]; e != null; e = e.next) {
// 從table[0]中取key==null的value值
if (e.key == null)
return e.value;
}
return null;
}
/**
* 分析2：getEntry(key)
* 作用：當key ≠ null時，去獲得對應值
*/
final Entry<K,V> getEntry(Object key) {
if (size == 0) {
return null;
}
// 1. 根據key值，通過hash（）計算出對應的hash值
int hash = (key == null) ? 0 : hash(key);
// 2. 根據hash值計算出對應的數組下標
// 3. 遍歷 以該數組下標的數組元素為頭結點的鏈表所有節點，尋找該key對應的值
for (Entry<K,V> e = table[indexFor(hash, table.length)]; e != null; e = e.next) {
Object k;
// 若 hash值 & key 相等，則證明該Entry = 我們要的鍵值對
// 通過equals（）判斷key是否相等
if (e.hash == hash &&
((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
return e;
}
return null;
}
至此，關于 “向 HashMap 獲取數據 “講解完畢
步驟4：對HashMap的其他操作
即 對其余使用
API（函數、方法）的源碼分析
-
HashMap除了核心的put（）、get（）函數，還有以下主要使用的函數方法
void clear(); // 清除哈希表中的所有鍵值對
int size(); // 返回哈希表中所有 鍵值對的數量 = 數組中的鍵值對 + 鏈表中的鍵值對
boolean isEmpty(); // 判斷HashMap是否為空；size == 0時 表示為 空
void putAll(Map<? extends K, ? extends V> m); // 將指定Map中的鍵值對 復制到 此Map中
V remove(Object key); // 刪除該鍵值對
boolean containsKey(Object key); // 判斷是否存在該鍵的鍵值對；是 則返回true
boolean containsValue(Object value); // 判斷是否存在該值的鍵值對；是 則返回true
- 下面將簡單介紹上面幾個函數的源碼分析
/**
* 函數：isEmpty()
* 作用：判斷HashMap是否為空，即無鍵值對；size == 0時 表示為 空
*/
public boolean isEmpty() {
return size == 0;
}
/**
* 函數：size()
* 作用：返回哈希表中所有 鍵值對的數量 = 數組中的鍵值對 + 鏈表中的鍵值對
*/
public int size() {
return size;
}
/**
* 函數：clear()
* 作用：清空哈希表，即刪除所有鍵值對
* 原理：將數組table中存儲的Entry全部置為null、size置為0
*/
public void clear() {
modCount++;
Arrays.fill(table, null);
size = 0;
}
/**
* 函數：putAll(Map<? extends K, ? extends V> m)
* 作用：將指定Map中的鍵值對 復制到 此Map中
* 原理：類似Put函數
*/
public void putAll(Map<? extends K, ? extends V> m) {
// 1. 統計需復制多少個鍵值對
int numKeysToBeAdded = m.size();
if (numKeysToBeAdded == 0)
return;
// 2. 若table還沒初始化，先用剛剛統計的復制數去初始化table
if (table == EMPTY_TABLE) {
inflateTable((int) Math.max(numKeysToBeAdded * loadFactor, threshold));
}
// 3. 若需復制的數目 > 閾值，則需先擴容
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);
}
// 4. 開始復制（實際上不斷調用Put函數插入）
for (Map.Entry<? extends K, ? extends V> e : m.entrySet())
put(e.getKey(), e.getValue());
}
/**
* 函數：remove(Object key)
* 作用：刪除該鍵值對
*/
public V remove(Object key) {
Entry<K,V> e = removeEntryForKey(key);
return (e == null ? null : e.value);
}
final Entry<K,V> removeEntryForKey(Object key) {
if (size == 0) {
return null;
}
// 1. 計算hash值
int hash = (key == null) ? 0 : hash(key);
// 2. 計算存儲的數組下標位置
int i = indexFor(hash, table.length);
Entry<K,V> prev = table[i];
Entry<K,V> e = prev;
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--;
// 若刪除的是table數組中的元素（即鏈表的頭結點）
// 則刪除操作 = 將頭結點的next引用存入table[i]中
if (prev == e)
table[i] = next;
//否則 將以table[i]為頭結點的鏈表中，當前Entry的前1個Entry中的next 設置為 當前Entry的next（即刪除當前Entry = 直接跳過當前Entry）
else
prev.next = next;
e.recordRemoval(this);
return e;
}
prev = e;
e = next;
}
return e;
}
/**
* 函數：containsKey(Object key)
* 作用：判斷是否存在該鍵的鍵值對；是 則返回true
* 原理：調用get（），判斷是否為Null
*/
public boolean containsKey(Object key) {
return getEntry(key) != null;
}
/**
* 函數：containsValue(Object value)
* 作用：判斷是否存在該值的鍵值對；是 則返回true
*/
public boolean containsValue(Object value) {
// 若value為空，則調用containsNullValue()
if (value == null)
return containsNullValue();
// 若value不為空，則遍歷鏈表中的每個Entry，通過equals（）比較values 判斷是否存在
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;//返回true
return false;
}
// value為空時調用的方法
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;
}
至此，關于HashMap的底層原理 & 主要使用API（函數、方法）講解完畢。
6. 源碼總結
下面，用3個圖總結整個源碼內容：
總結內容 = 數據結構、主要參數、添加 & 查詢數據流程、擴容機制
-
數據結構 & 主要參數
示意圖 -
添加 & 查詢數據流程
示意圖
-
擴容機制
示意圖
7. 與 JDK 1.8的區別
HashMap 的實現在 JDK 1.7 和 JDK 1.8 差別較大，具體區別如下
JDK 1.8的優化目的主要是：減少Hash沖突 & 提高哈希表的存、取效率；關于JDK 1.8中HashMap的源碼解析請看文章：Java源碼分析：關于 HashMap 1.8 的重大更新
7.1 數據結構
示意圖
7.2 獲取數據時（獲取數據 類似）
示意圖
7.3 擴容機制
示意圖
8. 額外補充：關于HashMap的其他問題
- 有幾個小問題需要在此補充
示意圖
- 具體如下
8.1 哈希表如何解決Hash沖突
示意圖
8.2 為什么HashMap具備下述特點：鍵-值（key-value）都允許為空、線程不安全、不保證有序、存儲位置隨時間變化
- 具體解答如下
示意圖
下面主要講解
HashMap線程不安全的其中一個重要原因：多線程下容易出現resize（）死循環
本質 = 并發 執行put（）操作導致觸發 擴容行為，從而導致 環形鏈表，使得在獲取數據遍歷鏈表時形成死循環，即Infinite Loop先看擴容的源碼分析
resize（）
關于resize（）的源碼分析已在上文詳細分析，此處僅作重點分析：transfer（）
/**
* 源碼分析：resize(2 * table.length)
* 作用：當容量不足時（容量 > 閾值），則擴容（擴到2倍）
*/
void resize(int newCapacity) {
// 1. 保存舊數組（old table）
Entry[] oldTable = table;
// 2. 保存舊容量（old capacity ），即數組長度
int oldCapacity = oldTable.length;
// 3. 若舊容量已經是系統默認最大容量了，那么將閾值設置成整型的最大值，退出
if (oldCapacity == MAXIMUM_CAPACITY) {
threshold = Integer.MAX_VALUE;
return;
}
// 4. 根據新容量（2倍容量）新建1個數組，即新table
Entry[] newTable = new Entry[newCapacity];
// 5. （重點分析）將舊數組上的數據（鍵值對）轉移到新table中，從而完成擴容 ->>分析1.1
transfer(newTable);
// 6. 新數組table引用到HashMap的table屬性上
table = newTable;
// 7. 重新設置閾值
threshold = (int)(newCapacity * loadFactor);
}
/**
* 分析1.1：transfer(newTable);
* 作用：將舊數組上的數據（鍵值對）轉移到新table中，從而完成擴容
* 過程：按舊鏈表的正序遍歷鏈表、在新鏈表的頭部依次插入
*/
void transfer(Entry[] newTable) {
// 1. src引用了舊數組
Entry[] src = table;
// 2. 獲取新數組的大小 = 獲取新容量大小
int newCapacity = newTable.length;
// 3. 通過遍歷 舊數組，將舊數組上的數據（鍵值對）轉移到新數組中
for (int j = 0; j < src.length; j++) {
// 3.1 取得舊數組的每個元素
Entry<K,V> e = src[j];
if (e != null) {
// 3.2 釋放舊數組的對象引用（for循環后，舊數組不再引用任何對象）
src[j] = null;
do {
// 3.3 遍歷 以該數組元素為首 的鏈表
// 注：轉移鏈表時，因是單鏈表，故要保存下1個結點，否則轉移后鏈表會斷開
Entry<K,V> next = e.next;
// 3.3 重新計算每個元素的存儲位置
int i = indexFor(e.hash, newCapacity);
// 3.4 將元素放在數組上：采用單鏈表的頭插入方式 = 在鏈表頭上存放數據 = 將數組位置的原有數據放在后1個指針、將需放入的數據放到數組位置中
// 即 擴容后，可能出現逆序：按舊鏈表的正序遍歷鏈表、在新鏈表的頭部依次插入
e.next = newTable[i];
newTable[i] = e;
// 訪問下1個Entry鏈上的元素，如此不斷循環，直到遍歷完該鏈表上的所有節點
e = next;
} while (e != null);
// 如此不斷循環，直到遍歷完數組上的所有數據元素
}
}
}
從上面可看出：在擴容resize（）過程中，在將舊數組上的數據 轉移到 新數組上時，轉移數據操作 = 按舊鏈表的正序遍歷鏈表、在新鏈表的頭部依次插入，即在轉移數據、擴容后，容易出現鏈表逆序的情況
設重新計算存儲位置后不變，即擴容前 = 1->2->3，擴容后 = 3->2->1
- 此時若（多線程）并發執行
put（）操作，一旦出現擴容情況，則 容易出現 環形鏈表，從而在獲取數據、遍歷鏈表時 形成死循環（Infinite Loop），即 死鎖的狀態，具體請看下圖：
初始狀態、步驟1、步驟2
示意圖
示意圖
示意圖
注：由于 JDK 1.8 轉移數據操作 = 按舊鏈表的正序遍歷鏈表、在新鏈表的尾部依次插入，所以不會出現鏈表 逆序、倒置的情況，故不容易出現環形鏈表的情況。
但
JDK 1.8還是線程不安全，因為 無加同步鎖保護
8.3 為什么 HashMap 中 String、Integer 這樣的包裝類適合作為 key 鍵
示意圖
8.4 HashMap 中的 key若 Object類型， 則需實現哪些方法？
示意圖
至此，關于HashMap的所有知識講解完畢。
9. 總結
本文主要講解 Java的 HashMap 1.7源碼 & 相關知識
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