JDK 1.7 HashMap原理及源碼解析

時間 2019-11-07

標籤 jdk 1.7 hashmap 原理源碼解析欄目 Java 简体版

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1. 簡介

類定義java

public class HashMap<K,V>
         extends AbstractMap<K,V> 
         implements Map<K,V>, Cloneable, Serializable

主要介紹數組

2. 數據結構

2.1 具體描述

HashMap 採用的數據結構 = 數組（主） + 單鏈表（副） ，具體描述以下安全

該數據結構方式也稱：拉鍊法數據結構

2.2 示意圖

2.3 存儲流程

注：爲了讓你們有個感性的認識，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多線程

2.4 數組元素 & 鏈表節點的實現類

HashMap 中的數組元素 & 鏈表節點採用 Entry 類實現，以下圖所示併發

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，用於解決 hash 衝突

該類的源碼分析以下函數

具體分析請看註釋oop

/** 
 * 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，從而造成解決hash衝突的單鏈表
    int hash;  // hash值

    /** 
     * 構造方法，建立一個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（）
     * 做用：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 
     * 此處沒作任何處理 
     */  
    void recordAccess(HashMap<K,V> m) {  
    }  

    /** 
     * 當從HashMap中刪除了一個Entry時，會調用該函數 
     * 此處沒作任何處理 
     */  
    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); // 得到指定鍵的值
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 複製到 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，將全部key生成一個Set
Collection<V> values();  // 單獨value序列，將全部value生成一個Collection

void clear(); // 清除哈希表中的全部鍵值對
int size();  // 返回哈希表中全部 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是否爲空；size == 0時 表示爲 空

3.2 使用流程

在具體使用時，主要流程是：源碼分析
1. 聲明1個 HashMap 的對象
2. 向 HashMap 添加數據（成對放入鍵 - 值對）
3. 獲取 HashMap 的某個數據
4. 獲取 HashMap 的所有數據：遍歷 HashMap

示例代碼優化

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 = 產品經理時的值爲：" + map.get("產品經理"));

      /**
        * 4. 獲取 HashMap 的所有數據：遍歷HashMap
        * 核心思想：
        * 步驟1：得到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）都可)
        * 方法共有3種：分別針對 key-value對（Entry） 或 key 或 value
        */

        // 方法1：得到key-value的Set集合 再遍歷
        System.out.println("方法1");
        // 1. 得到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 經過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 經過迭代器：先得到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：得到key的Set集合 再遍歷
        System.out.println("方法2");

        // 1. 得到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 經過for循環
        for(String key : keySet){
            System.out.print(key);
            System.out.println(map.get(key));
        }

        System.out.println("----------");

        // 2.2 經過迭代器：先得到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：得到value的Set集合 再遍歷
        System.out.println("方法3");

        // 1. 得到value的Set集合
        Collection valueSet = map.values();

        // 2. 遍歷Set集合，從而獲取value
        // 2.1 得到values 的Iterator
        Iterator iter3 = valueSet.iterator();
        // 2.2 經過遍歷，直接獲取value
        while (iter3.hasNext()) {
            System.out.println(iter3.next());
        }

    }


}

// 注：對於遍歷方式，推薦使用針對 key-value對（Entry）的方式：效率高
// 緣由：
   // 1. 對於 遍歷keySet 、valueSet，實質上 = 遍歷了2次：1 = 轉爲 iterator 迭代器遍歷、2 = 從 HashMap 中取出 key 的 value 操做（經過 key 值 hashCode 和 equals 索引）
   // 2. 對於 遍歷 entrySet ，實質 = 遍歷了1次 = 獲取存儲實體Entry（存儲了key 和 value ）

下面，咱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

具體介紹以下

// 1. 容量（capacity）： HashMap中數組的長度
// a. 容量範圍：必須是2的冪 & <最大容量（2的30次方）
// b. 初始容量 = 哈希表建立時的容量
  // 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在其容量自動增長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、但衝突的機會加大、查找效率變低（由於鏈表變長了）
// b. 加載因子越小、填滿的元素越少 = 空間利用率小、衝突的機會減少、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操做（即重建內部數據結構），從而哈希表將具備大約兩倍的桶數
// b. 擴容閾值 = 容量 x 加載因子
  int threshold;

// 4. 其餘
 // 存儲數據的Entry類型 數組，長度 = 2的冪
 // HashMap的實現方式 = 拉鍊法，Entry數組上的每一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
此處詳細說明加載因子

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
主要分析內容以下：

面，我將對每一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

注：
1. 此處僅用於接收初始容量大小（ 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
2. 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

至此，關於 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）

添加數據的流程以下

注：爲了讓你們有個感性的認識，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

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爲空) 
        // 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是否爲空值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 最終得到 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（經過遍歷 以該數組元素爲頭結點的鏈表 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; //並返回舊的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;
    }

根據源碼分析所做出的流程圖
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爲：>傳入容量大小的最小的2的次冪
    // 即若是傳入的是容量大小是19，那麼轉化後，初始化容量大小爲32（即2的5次冪）
    int capacity = roundUpToPowerOf2(toSize);->>分析1   

    // 2. 從新計算閾值 threshold = 容量 * 加載因子  
    threshold = (int) Math.min(capacity * loadFactor, MAXIMUM_CAPACITY + 1);  

    // 3. 使用計算後的初始容量（已是2的次冪） 初始化數組table（做爲數組長度）
    // 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)
     * 做用：將傳入的容量大小轉化爲：>傳入容量大小的最小的2的冪
     * 特別注意：容量大小必須爲2的冪，該緣由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，初始化容量設置爲最大值 ；不然，設置爲：>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 的存儲位置規定爲數組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]爲首的鏈表，尋找是否存在key==null 對應的鍵值對
        // 1. 如有：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，那麼調用addEntry（），將空鍵 & 對應的值封裝到Entry中，並放到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，因此HashMap的key 可爲null
    // c. 對比HashTable，因爲HashTable對key直接hashCode（），若key爲null時，會拋出異常，因此HashTable的key不可爲null
    // d. 此處只需知道是將 key-value 添加到HashMap中便可，關於addEntry（）的源碼分析將等到下面再詳細說明，
    return null;  

}

今後處能夠看出：

- HashMap 的鍵 key 可爲 null （區別於 HashTable 的 key 不可爲 null ）

- HashMap 的鍵 key 可爲 null 且只能爲1個，但值 value 可爲null且爲多個

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
     * 主要分爲2步：計算hash值、根據hash值再計算得出最後數組位置
     */
        // a. 根據鍵值key計算hash值 ->> 分析1
        int hash = hash(key);
        // b. 根據hash值 最終得到 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 中的實現不一樣，但原理同樣 = 擾動函數 = 使得根據key生成的哈希碼（hash值）分佈更加均勻、更具有隨機性，避免出現hash值衝突（即指不一樣key但生成同1個hash值）
     * JDK 1.7 作了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 = 只作了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）操做  = 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）操做 = 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，因此HashMap的key 可爲null      
            // 注：對比HashTable，HashTable對key直接hashCode（），若key爲null時，會拋出異常，因此HashTable的key不可爲null
            // b. 當key ≠ null時，則經過先計算出 key的 hashCode()（記爲h），而後 對哈希碼進行 擾動處理： 按位 異或（^） 哈希碼自身右移16位後的二進制
     }

   /**
     * 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，即具有相似做用的函數
     */
      static int indexFor(int h, int length) {  
          return h & (length-1); 
          // 將對哈希碼擾動處理後的結果 與運算(&) （數組長度-1），最終獲得存儲在數組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

在瞭解如何計算存放數組 table 中的位置後，所謂 知其然而需知其因此然 ，下面我將講解爲何要這樣計算，即主要解答如下3個問題：

1. 爲何不直接採用通過 hashCode（）處理的哈希碼做爲存儲數組 table 的下標位置？

2. 爲何採用哈希碼 與運算(&) （數組長度-1）計算數組下標？

3. 爲何在計算數組下標前，需對哈希碼進行二次處理：擾動處理？

在回答這3個問題前，請你們記住一個核心思想：

全部處理的根本目的，都是爲了提升存儲 key-value 的數組下標位置的隨機性 & 分佈均勻性，儘可能避免出現hash值衝突。即：對於不一樣 key ，存儲的數組下標位置要儘量不同

問題1：爲何不直接採用通過hashCode（）處理的哈希碼做爲存儲數組table的下標位置？

爲了解決「哈希碼與數組大小範圍不匹配」的問題， HashMap 給出瞭解決方案： 哈希碼與運算（&）（數組長度-1） ；請繼續問題2

問題2：爲何採用哈希碼與運算(&) （數組長度-1）計算數組下標？

問題3：爲何在計算數組下標前，需對哈希碼進行二次處理：擾動處理？

至此，關於怎麼計算 key-value 值存儲在 HashMap 數組位置 & 爲何要這麼計算，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 衝突時，爲了保證鍵 key 的惟一性哈希表並不會立刻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，則替換便可

/**
     * 函數使用原型
     */
// 2. 判斷該key對應的值是否已存在（經過遍歷 以該數組元素爲頭結點的鏈表 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; //並返回舊的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;

處無複雜的源碼分析，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

具體以下圖：

分析2： key 值的比較

採用 equals（）或「==」進行比較，下面給出其介紹 & 與「==」使用的對比

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

函數源碼分析以下

/**
        * 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)
     * 做用：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）、從新計算Hash值、從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. 從新計算該Key對應的hash值
            bucketIndex = indexFor(hash, table.length);  // c. 從新計算該Key對應的hash值的存儲數組下標位置
    }  

    // 1.2 若容量足夠，則建立1個新的數組元素（Entry） 並放入到數組中--> 分析2
    createEntry(hash, key, value, bucketIndex);  
}  

 /**
   * 分析1：resize(2 * table.length)
   * 做用：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. 若舊容量已是系統默認最大容量了，那麼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. 從新設置閾值  
    threshold = (int)(newCapacity * loadFactor); 
} 

 /**
   * 分析1.1：transfer(newTable); 
   * 做用：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. 經過遍歷 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 取得舊數組的每一個元素  
          Entry<K,V> e = src[j];           
          if (e != null) {
              // 3.2 釋放舊數組的對象引用（for循環後，舊數組再也不引用任何對象）
              src[j] = null; 

              do { 
                  // 3.3 遍歷 以該數組元素爲首 的鏈表
                  // 注：轉移鏈表時，因是單鏈表，故要保存下1個結點，不然轉移後鏈表會斷開
                  Entry<K,V> next = e.next; 
                 // 3.4 從新計算每一個元素的存儲位置
                 int i = indexFor(e.hash, newCapacity); 
                 // 3.5 將元素放在數組上：採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後1個指針、將需放入的數據放到數組位置中
                 // 即 擴容後，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全部節點
                 e = next;             
             } while (e != null);
             // 如此不斷循環，直到遍歷完數組上的全部數據元素
         }
     }
 }

 /**
   * 分析2：createEntry(hash, key, value, bucketIndex);  
   * 做用： 若容量足夠，則建立1個新的數組元素（Entry） 並放入到數組中
   */  
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）後1個節點中、將需插入的鍵值對 放入到頭結點中（數組上）-> 從而造成鏈表
    // 即 在插入元素時，是在鏈表頭插入的，table中的每一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衝突）
    table[bucketIndex] = new Entry<>(hash, key, value, e);  

    // 3. 哈希表的鍵值對數量計數增長
    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-> 從而造成鏈表
以下示意圖

2. 擴容機制

具體流程以下

擴容過程當中的轉移數據示意圖以下

在擴容 resize（）過程當中，在將舊數組上的數據轉移到新數組上時，轉移操做 = 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、擴容後，容易出現鏈表逆序的狀況

設從新計算存儲位置後不變，即擴容前 = 1->2->3，擴容後 = 3->2->1

此時若（多線程）併發執行 put（）操做，一旦出現擴容狀況，則 容易出現環形鏈表 ，從而在獲取數據、遍歷鏈表時造成死循環（Infinite Loop），即死鎖的狀態 = 線程不安全

下面最後1節會對上述狀況詳細說明

總結

向 HashMap 添加數據（成對放入鍵 - 值對）的全流程
示意圖

至此，關於「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，那麼 get（）函數很是好理解，由於兩者的過程原理幾乎相同
get（）函數的流程以下：

具體源碼分析以下

/**
   * 函數原型
   * 做用：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]）爲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，去得到對應值 -->分析2
    Entry<K,V> entry = getEntry(key);

    return null == entry ? null : entry.getValue();  
}  


 /**
   * 分析1：getForNullKey()
   * 做用：當key == null時，則到 以哈希表數組中的第1個元素（即table[0]）爲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]爲頭結點的鏈表，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)
   * 做用：當key ≠ null時，去得到對應值
   */  
final Entry<K,V> getEntry(Object key) {  

    if (size == 0) {  
        return null;  
    }  

    // 1. 根據key值，經過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爲頭結點的鏈表全部節點，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，則證實該Entry = 咱們要的鍵值對
        // 經過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，關於「向 HashMap 獲取數據「講解完畢

步驟4：對HashMap的其餘操做

即對其他使用 API （函數、方法）的源碼分析

HashMap 除了核心的 put（）、 get（）函數，還有如下主要使用的函數方法

void clear(); // 清除哈希表中的全部鍵值對
int size();  // 返回哈希表中全部 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是否爲空；size == 0時 表示爲 空 

void putAll(Map<? extends K, ? extends V> m);  // 將指定Map中的鍵值對 複製到 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

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
添加 & 查詢數據流程
擴容機制

7. 與 JDK 1.8 的區別

HashMap 的實如今 JDK 1.7 和 JDK 1.8 差異較大，具體區別以下

JDK 1.8 的優化目的主要是：減小 Hash 衝突 & 提升哈希表的存、取效率；

7.1 數據結構

7.2 獲取數據時（獲取數據相似）

7.3 擴容機制

8. 額外補充：關於HashMap的其餘問題

有幾個小問題須要在此補充

具體以下

8.1 哈希表如何解決Hash衝突

8.2 爲何HashMap具有下述特色：鍵-值（key-value）都容許爲空、線程不安全、不保證有序、存儲位置隨時間變化

具體解答以下

下面主要講解 HashMap 線程不安全的其中一個重要緣由：多線程下容易出現 resize（）死循環

本質 = 併發執行 put（）操做致使觸發擴容行爲，從而致使環形鏈表，使得在獲取數據遍歷鏈表時造成死循環，即 Infinite Loop

先看擴容的源碼分析 resize（）

關於resize（）的源碼分析已在上文詳細分析，此處僅做重點分析：transfer（）

/**
   * 源碼分析：resize(2 * table.length)
   * 做用：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. 若舊容量已是系統默認最大容量了，那麼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. 從新設置閾值  
    threshold = (int)(newCapacity * loadFactor); 
} 

 /**
   * 分析1.1：transfer(newTable); 
   * 做用：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. 經過遍歷 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 取得舊數組的每一個元素  
          Entry<K,V> e = src[j];           
          if (e != null) {
              // 3.2 釋放舊數組的對象引用（for循環後，舊數組再也不引用任何對象）
              src[j] = null; 

              do { 
                  // 3.3 遍歷 以該數組元素爲首 的鏈表
                  // 注：轉移鏈表時，因是單鏈表，故要保存下1個結點，不然轉移後鏈表會斷開
                  Entry<K,V> next = e.next; 
                 // 3.3 從新計算每一個元素的存儲位置
                 int i = indexFor(e.hash, newCapacity); 
                 // 3.4 將元素放在數組上：採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後1個指針、將需放入的數據放到數組位置中
                 // 即 擴容後，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全部節點
                 e = next;             
             } while (e != null);
             // 如此不斷循環，直到遍歷完數組上的全部數據元素
         }
     }
 }

從上面可看出：在擴容 resize（）過程當中，在將舊數組上的數據轉移到新數組上時，轉移數據操做 = 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、擴容後，容易出現 鏈表逆序的狀況

設從新計算存儲位置後不變，即擴容前 = 1->2->3，擴容後 = 3->2->1

此時若（多線程）併發執行 put（）操做，一旦出現擴容狀況，則 容易出現環形鏈表 ，從而在獲取數據、遍歷鏈表時造成死循環（ Infinite Loop ），即死鎖的狀態，具體請看下圖：
注：因爲 JDK 1.8 轉移數據操做 = 按舊鏈表的正序遍歷鏈表、在新鏈表的尾部依次插入 ，因此不會出現鏈表 逆序、倒置 的狀況，故不容易出現環形鏈表的狀況。

但 JDK 1.8 仍是線程不安全，由於無加同步鎖保護

8.3 爲何 HashMap 中 String、Integer 這樣的包裝類適合做爲 key 鍵

8.4 HashMap 中的 key 若 Object 類型，則需實現哪些方法？
至此，關於 HashMap 的全部知識講解完畢。下篇文章講解JDK1.8中hashMap的原理