原創|你真的瞭解HashMap嗎？(HashMap源碼分析)

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前言

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講講hashMap，簡單的東西你還真不必定理解，真心的以爲須要有一篇文章把它給講明白，這樣就不再怕面試被問到了。

HashMap介紹

HashMap初始化

HashMap擴容機制

HashMap數據結構

HashMap數據碰撞的解決

HashMap使用

1、HashMap介紹

他是基於哈希表的 Map 接口的實現。此實現提供全部可選的映射操做，並容許使用 null 值和 null 鍵。此類不保證映射的順序，特別是它不保證該順序恆久不變。此實現假定哈希函數將元素適當地分佈在各桶之間，可爲基本操做（get 和 put）提供穩定的性能。另外，HashMap是非線程安全的，而Hashtable是線程安全的。

HashMap是繼承了AbstractMap類,實現了 Map，Cloneable, Serializable 接口.

public class HashMap<K,V>
    extends AbstractMap<K,V>
implements Map<K,V>, Cloneable, Serializable
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2、HashMap初始化

重要參數說明

//初始化的容量大小
    static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; // aka 16
    //最大容量大小
    static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;
    //默認負載因子
    static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;
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HashMap初始化的時候就作兩件事,初始化了容量(比做一個桶)的大小爲16和負載因子爲0.75

public HashMap() {
     //初始化桶大小DEFAULT_INITIAL_CAPACITY=16  
     //負載因子DEFAULT_LOAD_FACTOR=0.75
     this(DEFAULT_INITIAL_CAPACITY, DEFAULT_LOAD_FACTOR);
}
public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {
        if (initialCapacity < 0
            throw new IllegalArgumentException("Illegal initial capacity: " +
                                               initialCapacity);
        //若是容量超過最大的值，取最大值
        if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY)
            initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY;
        if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor))
            throw new IllegalArgumentException("Illegal load factor: " +
                                               loadFactor);
        //初始化負載因子0.75
        this.loadFactor = loadFactor;
        //初始化桶大小16
        threshold = initialCapacity;
        init();
    }
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3、HashMap擴容機制

負載因子能夠理解爲飽滿度，負載因子越大，佔用的的空間越小，可是查詢的效率越低。負載因子越小，佔用空間越大，可是會提升查詢效率。這是由數據結構決定的，下面講。

HashMap 的實際容量就是因子*容量，其默認值是 16×0.75=12；這個很重要，對效率有必定影響！當存入HashMap的對象超過這個容量時，HashMap 就會就須要 resize（擴容2倍後重排）。

private void inflateTable(int toSize) {
        //最接近且大於toSize的2的冪數
        int capacity = roundUpToPowerOf2(toSize);
        //定義最大的實際容量，超過這個值就須要擴容
        threshold = (int) Math.min(capacity * loadFactor, MAXIMUM_CAPACITY + 1);
        //定義Entry數組，放put數據
        table = new Entry[capacity];
        initHashSeedAsNeeded(capacity);
  }
  //最接近且大於number的2的冪數,例如number爲3返回結果是4，number爲4返回結果爲4
   private static int roundUpToPowerOf2(int number) {
        return number >= MAXIMUM_CAPACITY
                ? MAXIMUM_CAPACITY
                : (number > 1) ? Integer.highestOneBit((number - 1) << 1) : 1;
    }
//添加元素，並判斷是否須要擴容
void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
      //size爲當前數組大小，threshold爲實際最大容量,若是大於就擴容
        if ((size >= threshold) && (null != table[bucketIndex])) {
            resize(2 * table.length);//擴容
            hash = (null != key) ? hash(key) : 0;
            bucketIndex = indexFor(hash, table.length);
        }
        //添加
        createEntry(hash, key, value, bucketIndex);
    }
    //擴容
    void resize(int newCapacity) {
        Entry[] oldTable = table;
        int oldCapacity = oldTable.length;
        //判斷老的數組是否等於最大容量，若是等於不容許擴容
        if (oldCapacity == MAXIMUM_CAPACITY) {
            threshold = Integer.MAX_VALUE;
            return;
        }
        //定義新的數據
        Entry[] newTable = new Entry[newCapacity];
        //從新再新的數組中定義老的數據
        transfer(newTable, initHashSeedAsNeeded(newCapacity));
        table = newTable;
        threshold = (int)Math.min(newCapacity * loadFactor, MAXIMUM_CAPACITY + 1);
    }
    //須要從新在新的數組中計算保存位置，並保存
void transfer(Entry[] newTable, boolean rehash) {
        int newCapacity = newTable.length;
        for (Entry<K,V> e : table) {
            while(null != e) {
                Entry<K,V> next = e.next;
                if (rehash) {
                    e.hash = null == e.key ? 0 : hash(e.key);
                }
                int i = indexFor(e.hash, newCapacity);
                e.next = newTable[i];
                newTable[i] = e;
                e = next;
            }
        }
    }
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由於從新建立新的數據，從新計算元素的存儲位置很是的影響性能，因此最好預估元素的多少，在建立HashMap的時候定義它的大小，最好爲2的冪數，這樣能夠更好的利用空降。

4、HashMap數據結構

HashMap是一個散列桶（數組和鏈表），它存儲的內容是鍵值對key-value映射，數組和鏈表的數據結構，能在查詢和修改方面繼承了數組的線性查詢和鏈表的尋址修改。（橫排表示數組，縱排表示鏈表）
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5、HashMap數據碰撞的解決

由於哈希值有哈希衝突的存在，因此不一樣的key可能有相同的哈希值。這個是後就須要經過鏈表結構來解決問題了。

正常狀況，當咱們put存儲一個key-value數據的時候，HashMap會計根據key的哈希值計算應該在桶中保存的位置，判斷該位置是否有數據，若是有數據，須要判斷hash和key時候相等，若是相等，新的值替換老的值，並返回老的值。（這個不是「碰撞」，這中狀況key是同樣的）

public V put(K key, V value) {
        if (table == EMPTY_TABLE) {
            inflateTable(threshold);
        }
        if (key == null)
            return putForNullKey(value);
        //計算哈希
        int hash = hash(key);
        //計算桶中的位置
        int i = indexFor(hash, table.length);
        for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) {
            Object k;
          //判斷哈希和key是否同樣
            if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {        //同樣
              //哈希同樣，key也同樣
                V oldValue = e.value;
                e.value = value;
                e.recordAccess(this);
                return oldValue;
            }
        }
        //i位置數據爲空；或者數據不爲空，hash不同；或者哈希同樣，key不同
        modCount++;
        //添加
        addEntry(hash, key, value, i);
        return null;
    }
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i位置數據爲空；或者數據不爲空，hash不同；或者哈希同樣（哈希碰撞），key不同，走下面流程：

下面源碼中，bucketIndex爲新的數據在數組中的位置，若是這個位置沒有數據，會保存新數據，而且它在鏈表中的下一數據是null（e爲null），若是這個位置已經有數據，會在這個位置保存新的數據，它在鏈表中的下一個數據是老的數據(e)。

void createEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
        //獲取當前位置的數據e，有多是null
        Entry<K,V> e = table[bucketIndex];
        //當前位置保存新的數據，歷史數據e爲新數據的鏈表相聯的數據
        table[bucketIndex] = new Entry<>(hash, key, value, e);
        size++;
}
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假如哈希值不同，會產生碰撞嗎？答案是確定的.

首先咱們看一下，hashMap中數據在桶中位置計算方式

static int indexFor(int h, int length) {
        // assert Integer.bitCount(length) == 1 : "length must be a non-zero power of 2";
        return h & (length-1);
    }
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「與」運算擴展：

參加運算的兩個數據，按二進制位進行「與」運算。

運算規則：0&0=0;0&1=0;1&0=0;1&1=1;

即：兩位同時爲「1」，結果才爲「1」，不然爲0

舉例說明： 1&(16-1)=1 17&(16-1)=1

因此咱們能夠理解，當桶的容量是固定的時候，負載因子越大，最大實際容量就會越大，須要保存的數據就越多。「碰撞」的狀況出現的狀況就會更多，增長了HashMap中鏈表結構中的數據，下降查詢的效率。增長了空間利用率。

相反，當負載因子越小的時候，桶的實際容量就會越小，能夠存的數據越少，碰撞狀況減小，減小鏈表數據，增長查詢效率。下降了空間利用率。

6、HashMap的簡單使用

搞定~~~~~

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