Java 集合系列-第九篇-HashMap架構

時間 2019-12-05

標籤 java 集合系列第九 hashmap 架構欄目 Java 简体版

原文原文鏈接

HashMap介紹

HashMap 是一個散列表，它存儲的內容是鍵值對(key-value)映射。php

HashMap 繼承於AbstractMap，實現了Map、Cloneable、java.io.Serializable接口。java

HashMap 的實現不是同步的，這意味着它不是線程安全的。它的key、value均可覺得null。此外，HashMap中的映射不是有序的。python

HashMap 的實例有兩個參數影響其性能：「初始容量」和「加載因子」。容量是哈希表中桶的數量，初始容量只是哈希表在建立時的容量。加載因子是哈希表在其容量自動增長以前能夠達到多滿的一種尺度。當哈希表中的條目數超出了加載因子與當前容量的乘積時，則要對該哈希表進行 rehash 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。c++

一般，默認加載因子是 0.75, 這是在時間和空間成本上尋求一種折衷。加載因子太高雖然減小了空間開銷，但同時也增長了查詢成本（在大多數 HashMap 類的操做中，包括 get 和 put 操做，都反映了這一點）。在設置初始容量時應該考慮到映射中所需的條目數及其加載因子，以便最大限度地減小 rehash 操做次數。若是初始容量大於最大條目數除以加載因子，則不會發生 rehash 操做。數組

HashMap的構造函數

// 默認構造函數。
HashMap()

// 指定「容量大小」的構造函數
HashMap(int capacity)

// 指定「容量大小」和「加載因子」的構造函數
HashMap(int capacity, float loadFactor)

// 包含「子Map」的構造函數
HashMap(Map<? extends K, ? extends V> map)

HashMap數據結構

HashMap 採用的數據結構 = 數組（主） + 單鏈表（副）安全

java.lang.Object
   ↳     java.util.AbstractMap<K, V>
         ↳     java.util.HashMap<K, V>

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

存儲流程

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類實現數據結構

/** 
 * 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) {  
    } 

}

HashMap與Map關係以下圖

HashMap繼承於AbstractMap類，實現了Map接口。Map是"key-value鍵值對"接口，AbstractMap實現了"鍵值對"的通用函數接口。多線程

HashMap是經過"拉鍊法"實現的哈希表。它包括幾個重要的成員變量：table, size, threshold, loadFactor, modCount。併發

table是一個Entry[]數組類型，而Entry實際上就是一個單向鏈表。哈希表的"key-value鍵值對"都是存儲在Entry數組中的app

size是HashMap的大小，它是HashMap保存的鍵值對的數量。

threshold是HashMap的閾值，用於判斷是否須要調整HashMap的容量。threshold的值="容量*加載因子"，當HashMap中存儲數據的數量達到threshold時，就須要將HashMap的容量加倍。

loadFactor就是加載因子。

modCount是用來實現fail-fast機制的。

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

/**
 * @program: demo
 * @description: demo
 * @author: lee
 * @create: 2018-09-10
 **/
public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        HashMap hashMap = new HashMap();
        hashMap.put("java", "你好");
        hashMap.put("java", "你好ya");
        hashMap.put("python", "小夥子");
        hashMap.put("c", "世界");
        hashMap.put("c++", "很");
        hashMap.put("php", "奇妙");
        System.out.println(hashMap.get("java").toString());
        //得到key-value的Set集合 再遍歷
        Set<Map.Entry<String, String>> entrySet = hashMap.entrySet();
        //  遍歷Set集合，從而獲取key-value
        //  經過for循環
        for (Map.Entry<String, String> entry : entrySet) {
            System.out.println(entry.getKey());
            System.out.println(entry.getValue());
        }
        System.out.println("----------");
        //經過迭代器：先得到key-value對（Entry）的Iterator，再循環遍歷
        Iterator iterator =entrySet.iterator();
        while (iterator.hasNext()){
            Map.Entry<String,String> entry = (Map.Entry<String, String>) iterator.next();
            System.out.print( entry.getValue());
            System.out.println( entry.getValue());
        }

        //得到key的Set集合 再遍歷
        Set<String> stringSet = hashMap.keySet();
        for (String key :stringSet){
            System.out.println(key);
            System.out.println(hashMap.get(key));
        }

    }
}

輸出結果

你好ya
python
小夥子
c
世界
php
奇妙
c++
很
java
你好ya
----------
小夥子小夥子
世界世界
奇妙奇妙
很很
你好ya你好ya
python
小夥子
c
世界
php
奇妙
c++
很
java
你好ya

HashMap中的重要參數

HashMap中的主要參數 = 容量、加載因子、擴容閾值

// 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;

詳細說明加載因子

源碼分析

/**
  * 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
   * 僅貼出關於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 = 0.7五、16
     */
    public HashMap() {
        // 其實是調用構造函數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) {
        // 其實是調用指定「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 = 本身指定
     */
    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，是爲了擴展table，該閾值後面會從新計算，下面會詳細講解  
        threshold = initialCapacity;   

        init(); // 一個空方法用於將來的子對象擴展
    }

    /**
     * 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的映射關係
     * 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);

        // 該方法用於初始化 數組 & 閾值，下面會詳細說明
        inflateTable(threshold);

        // 將傳入的子Map中的所有元素逐個添加到HashMap中
        putAllForCreate(m);
    }
}

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

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

HashMap添加數據

/**
     * 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;
    }

初始化哈希表

/**
     * 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;

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

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;  

}

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

計算存放數組 table 中的位置

/**
     * 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）
     final int hash(Object k) {
        int h = hashSeed;
        if (0 != h && k instanceof String) {
            return sun.misc.Hashing.stringHash32((String) k);
        }

        h ^= k.hashCode();

        // This function ensures that hashCodes that differ only by
        // constant multiples at each bit position have a bounded
        // number of collisions (approximately 8 at default load factor).
        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）
}

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？

容易出現哈希碼與數組大小範圍不匹配的狀況，即計算出來的哈希碼可能不在數組大小範圍內，從而致使沒法匹配存儲位置

爲何採用哈希碼與運算(&) （數組長度-1）計算數組下標？

根據HashMap的容量大小（數組長度），按需取哈希碼必定數量的低位做爲存儲的數組下標位置，從而解決「哈希碼與數組大小範圍不匹配」的問題

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？

加大哈希碼低位的隨機性，使得分佈更均勻，從而提升對應數組存儲下標位置的隨機性 & 均勻性，最終減小Hash衝突

若對應的key已存在，則使用新value 替換舊value

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;

###key值的比較

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++;  
}

鍵值對的添加方式：單鏈表的頭插法

擴容機制

擴容過程當中的轉移數據示意圖以下：

HashMap中獲取數據

/**
   * 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;  
}

HashMap的其餘操做

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

/**
   * 函數：isEmpty()
   * 做用：判斷HashMap是否爲空，即無鍵值對；size == 0時 表示爲 空 
   */

public boolean isEmpty() {  
    return size == 0;  
} 

 /**
   * 函數：size()
   * 做用：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
   */

   public int size() {  
    return size;  
}  

 /**
   * 函數：clear()
   * 做用：清空哈希表，即刪除全部鍵值對
   * 原理：將數組table中存儲的Entry所有置爲null、size置爲0
   */ 
public void clear() {  
    modCount++;  
    Arrays.fill(table, null);
    size = 0;
}  

/**
   * 函數：putAll(Map<? extends K, ? extends V> m)
   * 做用：將指定Map中的鍵值對 複製到 此Map中
   * 原理：相似Put函數
   */ 

    public void putAll(Map<? extends K, ? extends V> m) {  
    // 1. 統計需複製多少個鍵值對  
    int numKeysToBeAdded = m.size();  
    if (numKeysToBeAdded == 0)  
        return; 

    // 2. 若table還沒初始化，先用剛剛統計的複製數去初始化table  
    if (table == EMPTY_TABLE) {  
        inflateTable((int) Math.max(numKeysToBeAdded * loadFactor, threshold));  
    }  

    // 3. 若需複製的數目 > 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. 開始複製（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)
   * 做用：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） 
            // 則刪除操做 = 將頭結點的next引用存入table[i]中  
            if (prev == e) 
                table[i] = next;

            //不然 將以table[i]爲頭結點的鏈表中，當前Entry的前1個Entry中的next 設置爲 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)
   * 做用：判斷是否存在該鍵的鍵值對；是 則返回true
   * 原理：調用get（），判斷是否爲Null
   */
   public boolean containsKey(Object key) {  
    return getEntry(key) != null; 
} 

 /**
   * 函數：containsValue(Object value)
   * 做用：判斷是否存在該值的鍵值對；是 則返回true
   */   
public boolean containsValue(Object value) {  
    // 若value爲空，則調用containsNullValue()  
    if (value == null)
        return containsNullValue();  

    // 若value不爲空，則遍歷鏈表中的每一個Entry，經過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爲空時調用的方法  
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;  
}

哈希表如何解決Hash衝突

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

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

/**
   * 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
         }
     }
 }

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：