走近Java之HashMap In JDK8

HashMap，繼承AbstractMap類，實現了Map接口，特性是無序不可重複，其自己的數據結構是數組加鏈表和紅黑樹。今天咱們就一塊兒來詳細瞭解一下。

首先，須要知道，HashMap中幾個關鍵詞的含義。

capacity，容量，即數組長度，默認值16

loadFactor，負載因子，即數組擴容係數，默認值是0.75；

threshold，閥值，threshold = capacity * loadFactor，當數組的長度達到或超過閥值時，才進行擴容，

HashMap中數組存放的數據類型是一個靜態內部類Node，其數據結構以下

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

當new一個HashMap對象時，只是將負載因子賦值爲默認值0.75.

執行put方法時，調用內部的putVal()方法，並從新計算了key的hash值。

計算方法是：將key的hashcode和本身的高16位作異或運算（之因此是高16位，是由於廣泛hashcode都大於2的16次方，讓高16位參與hash計算，能夠儘可能的合理分配）

具體put邏輯以下：

final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,
               boolean evict) {
    Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, i;
    //若是當前數組爲空或者長度爲0，則先調用resize()方法對數組初始化
    if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
        n = (tab = resize()).length;
    //(n - 1) & hash]，至關於用hash值對數組長度-1進行mod運算，把結果做爲數組下標
    //若是數組下標所在位置是null，直接建立一個Node對象並存入數組當前位置
    if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
        tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
    else {//若是數組下標所在位置有值
        Node<K,V> e; K k;
        //若是下標所在節點的hash值與傳入的hash值相等，而且二者key的地址值相等，或者key值相等，則用傳入的新值覆蓋舊值，返回舊值，見下方e!=null邏輯
        if (p.hash == hash &&
            ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
            e = p;
        //存儲結構由鏈表轉爲紅黑樹，這裏後續再說
        else if (p instanceof TreeNode)
            e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
        else {//hash碰撞，即待put的hash值與當前節點的hash值相等，可是key值不一樣
            //循環遍歷當前節點鏈表
            for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
                //若是當前節點是鏈表的尾節點
                if ((e = p.next) == null) {
                    //建立一個Node對象做爲新的尾節點，而後將當前節點指向它
                    p.next = newNode(hash, key, value, null);
                    //若是鏈表長度大於等於7，則轉爲紅黑樹（TREEIFY_THRESHOLD默認值8）
                    if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st
                        treeifyBin(tab, hash);
                    break;
                }
                //若是鏈表的某一個節點hash值與put的hash值相等，而且二者key的地址值相等，或者key值相等，則用傳入的新值覆蓋舊值，返回舊值，見下方e!=null邏輯
                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;
            //抽象方法，提供給LinkedHashMap
            afterNodeAccess(e);
            return oldValue;
        }
    }
    //記錄HashMap結構被修改的次數
    ++modCount;
    //數組長度+1，若是此時數組長度大於閥值，則數組擴容，從新計算並存儲節點
    if (++size > threshold)
        resize();
    //抽象方法，提供給LinkedHashMap
    afterNodeInsertion(evict);
    return null;
}

數組擴容邏輯以下：

final Node<K,V>[] resize() {
    Node<K,V>[] oldTab = table;
    int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length;
    int oldThr = threshold;
    int newCap, newThr = 0;
    if (oldCap > 0) {//當前數組容量>0
        //若是數組容量>=設置的最大容量2的30次方，則把數組的閥值改成Integer最大值
        if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) {
            threshold = Integer.MAX_VALUE;
            return oldTab;
        }
        //正常擴容，將數組容量*2，數組閥值*2
        else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY &&
                 oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)
            newThr = oldThr << 1; // double threshold
    }
    //數組容量爲0，閥值>0，則把數組容量設爲閥值
    else if (oldThr > 0) // initial capacity was placed in threshold
        newCap = oldThr;
    else {               // zero initial threshold signifies using defaults
        //第一次初始化數組，容量賦值默認值16，閥值=12
        newCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY;
        newThr = (int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY);
    }
    //即else if (oldThr > 0)條件，從新計算閥值
    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"})
    //建立新的容量長度數組
    Node<K,V>[] newTab = (Node<K,V>[])new Node[newCap];
    table = newTab;
    if (oldTab != null) {
        //循環遍歷舊數組，從新計算節點hash值在新數組對應的下標，存儲節點
        for (int j = 0; j < oldCap; ++j) {
            Node<K,V> e;
            //當前節點不爲空
            if ((e = oldTab[j]) != null) {
                //釋放舊數組內存，垃圾回收
                oldTab[j] = null;
                //若是節點不是鏈表，節點hash值和新的容量-1進行取mod運算，結果做爲存放節點的新位置
                if (e.next == null)
                    newTab[e.hash & (newCap - 1)] = e;
                //存儲結構由鏈表轉爲紅黑樹，這裏後續再說
                else if (e instanceof TreeNode)
                    ((TreeNode<K,V>)e).split(this, newTab, j, oldCap);
                else { //若是當前節點結構爲鏈表
                    //定義一個低位鏈表頭和尾，用來存放在新容量數組中位置和舊數組中位置同樣的節點
                    Node<K,V> loHead = null, loTail = null;
                    //定義一個高位鏈表頭和尾，用來存放在新容量數組中位置發生變化的節點（在新數組中的位置=舊數組中的位置+舊數組長度）
                    Node<K,V> hiHead = null, hiTail = null;
                    Node<K,V> next;
                    //循環遍歷節點鏈表，構建新的節點鏈表
                    do {
                        next = e.next;
                        //若是節點hash值&舊數組長度的運算結果爲0，表示節點在新數組中的位置和舊數組中位置同樣
                        if ((e.hash & oldCap) == 0) {
                            //讓鏈表頭節點指向鏈表的第一個節點
                            if (loTail == null)
                                loHead = e;
                            else
                                //每一次循環，讓前一個節點指向後一個節點
                                loTail.next = e;
                            //每一次循環，讓鏈表尾節點指向最後一個節點
                            loTail = e;
                        }
                        else {//邏輯同上
                            if (hiTail == null)
                                hiHead = e;
                            else
                                hiTail.next = e;
                            hiTail = e;
                        }
                    } while ((e = next) != null);
                    //去掉新構建鏈表的尾結點，存入新的數組
                    if (loTail != null) {
                        loTail.next = null;
                        newTab[j] = loHead;
                    }
                    //邏輯同上
                    if (hiTail != null) {
                        hiTail.next = null;
                        newTab[j + oldCap] = hiHead;
                    }
                }
            }
        }
    }
    return newTab;
}

HashMap put方法要點總結：

1. 計算hash值(h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16)

2. 計算數據存放位置(n - 1) & hash

3. 若是發生hash碰撞，則進行equals比較

4. 當數組長度超過閥值，則2倍擴容

故，HashMap存放的key若是是對象，最好都重寫hashCode()和equals()，而且初始化時給定初始容量，減小擴容次數。