HashMap源碼閱讀與解析
1、導入語
HashMap是咱們最多見也是最長使用的數據結構之一，它的功能強大、用處普遍。並且也是面試常見的考查知識點。常見問題可能有HashMap存儲結構是什麼樣的？HashMap如何放入鍵值對、如何獲取鍵值對應的值以及如何刪除一個鍵值對。今天咱們就來看看HashMap底層的實現原理。下面咱們就開始進入正題，分析一下hashmap源碼的實現原理。java
2、HashMap構造方法以及存儲結構
public HashMap() { this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR;
threshold = (int)(DEFAULT_INITIAL_CAPACITY * DEFAULT_LOAD_FACTOR);
table = new Entry[DEFAULT_INITIAL_CAPACITY]; init();
}
HashMap的構造方法有好幾個，在這裏咱們就不一一介紹，只說一下咱們最多見的HashMap無參構造方法。上面的構造方法中，有幾個變量須要咱們這裏說明一下：面試
loadFactor:加載因子，默認值爲0.75；算法
threshold:threshold是一個閾值，初始值爲默認爲16*0.75。當hashmap中存放鍵值對數量大於該值時，表示hashmap容量大小須要擴充，通常容量會翻倍。數組
table:table實際上是一個Entry類型的數組，在hashmap中咱們利用數組和鏈表來解決hash衝突，這裏的table數組用於存放衝突鏈表的頭結點。數據結構
另外在HahsMap中，咱們經過數組加鏈表的方式來存儲Entry節點（Entry數據結構用於存儲鍵值對）。這裏所謂的數組便是上面提到的table，它是一個Entry數組，table對象中節點初始化值均爲null，當咱們新插入的節點第一次散列到該位置時，會將節點插入到table中對應位置。若是後續存在散列位置相同的節點，會以鏈表的方式解決hash衝突。示意圖以下：
ide
3、put()方法解析
put方法是咱們最經常使用方法，咱們利用該方法將鍵值對放入HashMap集合中，那麼HashMap究竟是什麼樣的結構，put()方法又作了什麼呢？咱們下面就來看看put()方法的具體實現。this
public V put(K key, V value) { if (key == null) return putForNullKey(value); int hash = hash(key.hashCode()); int i = indexFor(hash, table.length); for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) {
Object k; if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {
V oldValue = e.value;
e.value = value;
e.recordAccess(this); return oldValue;
}
}
modCount++; addEntry(hash, key, value, i); return null;
}private V putForNullKey(V value) { 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++; addEntry(0, null, value, 0); return null;
}
if (key == null) return putForNullKey(value);
若是當前傳入的key值爲null，執行putForNullKey()方法;當key值爲null時，hash值爲0，將其保存到以table[0]爲開頭的鏈表中去。遍歷鏈表，若是存在某節點的key值爲null，則用新value直接將其替換。若是未找到key值爲null的節點，調用addEntry()方法插入一個key爲null的新節點。addEntry方法咱們會在後文中介紹。spa
int hash = hash(key.hashCode());int i = indexFor(hash, table.length);
爲何這裏還要對key的hashCode值再調用一次哈希算法呢？簡單來講就是爲了讓傳遞進來的key散落位置能夠更加均勻，具體緣由就不在本文中介紹了，網上有不少資料可供借鑑。
接着調用indexFor方法計算當前key值散落在table中的位置，其實就是key%table.length線程
for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) {
Object k; if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {
V oldValue = e.value;
e.value = value;
e.recordAccess(this); return oldValue;
}
}
遍歷以table[i]爲頭結點的鏈表，查找是否已經有相同的key值的節點存在於鏈表中。判斷條件爲if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k)))。這個判斷條件十分重要，咱們來仔細分析下。首先是e.hash == hash：以前咱們已經計算出了當前待處理節點的hash值，並保存在變量hash中，在此咱們須要比較當前鏈表遍歷節點key的hash值(e.hash)和hash是否相等。若是咱們去看一下addEntry()方法咱們會發現，Entry節點的存儲位置其實是由key的hash值來決定的。若是key的hash相同，那麼他們的存儲位置也相同。(k = e.key) == key || key.equals(k))。先簡單的說一下」==」和」equals」的意義，」==」是引用一致性判斷，而equals是內容一致性判斷。這裏的意思也就是說若是兩個key對象指向的是同一個對象，或者他們就是同一個對象，則返回true。總結一下，若是hash值相同，則key值相同或是同一個對象的引用，則表示hashmap中存在以key爲鍵值的Entry節點。
若是判斷if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k)))判斷條件返回爲true，則用新值替換老值。orm
若是沒有找到相同的key值，則調用addEntry()方法新增一個指定key和value的Entry節點。
4、addEntry()方法解析
void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
Entry<K,V> e = table[bucketIndex];
table[bucketIndex] = new Entry<K,V>(hash, key, value, e); if (size++ >= threshold) resize(2 * table.length);
}
接下來繼續看addEntry()方法，假設當前節點爲插入到table[bucketIndex]位置的第一個節點
Entry<K,V> e = table[bucketIndex]; table[bucketIndex] = new Entry<K,V>(hash, key, value, e);
在Entry類的構造方法中有這樣一句代碼:
next = e;
即當前新建的entry節點將指向Entry構造方法傳遞過來的Entry節點e，此時e保存的值爲頭結點的值，也就是null。該節點建立完以後，又被賦值給table[bucketIndex]，至關於鏈表的頭結點了保存了最新插入的節點。以下圖所示咱們在table[i]位置插入了Entry
Entry<K,V> e = table[bucketIndex]; table[bucketIndex] = new Entry<K,V>(hash, key, value, e);
此時table[buckertIndex]中存放的節點爲
新建一個Entry節點,key=」key2」,value=」value2」，同時該entry節點next值指向
另外在addEntry方法中有以下兩句代碼
if (size++ >= threshold) resize(2 * table.length);
size的值爲當前hashMap中存儲的節點個數，threshold是一個閾值。若是hashMap中存儲的節點個數大於等於threshold，表示咱們須要對當前hashMap進行擴容了。每一次擴充容量爲以前容量的2倍。咱們來看一下resize()方法。
void resize(int newCapacity) { Entry[] oldTable = table; int oldCapacity = oldTable.length; if (oldCapacity == MAXIMUM_CAPACITY) {
threshold = Integer.MAX_VALUE; return;
} Entry[] newTable = new Entry[newCapacity]; transfer(newTable);
table = newTable;
threshold = (int)(newCapacity * loadFactor);
}
void transfer(Entry[] newTable) { Entry[] src = table; int newCapacity = newTable.length;
for (int j = 0; j < src.length; j++) { Entry<K,V> e = src[j]; if (e != null) {
src[j] = null; do { Entry<K,V> next = e.next; int i = indexFor(e.hash, newCapacity);
e.next = newTable[i];
newTable[i] = e;
e = next;
} while (e != null);
}
}
}
關鍵代碼是這一段
Entry[] newTable = new Entry[newCapacity];transfer(newTable); table = newTable;
若是resize()以前Entry數組的大小爲A,那麼newTable數組的大小爲2A
transfer(newTable)方法用於將原先entry[]數組中的節點轉移到newTable數組中，下面咱們來看下transfer()方法具體幹了什麼。
將原來的table數組賦值給src數組
獲取newTable數組的長度，這裏爲table數組長度的2倍
循環遍歷src數組，執行下面的操做
a. 取src[j]節點的值賦值給e
b. 若是e節點不爲null，將src[j]的值置爲null
咱們來舉兩個簡單的例子說明一下tranfer到底幹了什麼：
當src[j]不爲空時，比方說src[j]中保存的Entry節點key=」key2」,value=」value2」，src[j]指向的下一個節點key=」key1」,value=」value1」，以下圖所示：
最開始的時候newTable[]中並無存聽任何Entry節點，只是單純的進行了初始化。結合上面代碼，咱們能夠看到此時e = entry2節點，next節點值爲entry1
利用indexFor從新計算出e節點的散列位置。e節點的next指向被初始化後的newTable[i]節點，同時newTabel[i]的值也被賦值爲e節點
最後執行e = next;此時e等於entry1
造成節點的示意圖以下：
接着執行next = e.next，此時e的next節點爲null，next =null；
利用indexFor計算出新的散列位置，好比說新的散列位置爲j，此時以newTable[j]爲頭節點的鏈表中已經存在了兩個節點。以下圖所示：
咱們將待處理的節點entry節點插入後會變成什麼樣呢？
簡單的來講resize方法就是去逐個遍歷table[i]後面的Entry節點鏈表，利用indexFor方法從新結算節點的散落位置，並將其插入到以newTable[]爲頭結點的鏈表中去。
5、get()方法解析
說完了put咱們再來看一下get方法
public V get(Object key) { if (key == null) return getForNullKey(); int hash = hash(key.hashCode()); for (Entry<K,V> e = table[indexFor(hash, table.length)];
e != null;
e = e.next) {
Object k; if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) return e.value;
} return null;
}private V getForNullKey() { for (Entry<K,V> e = table[0]; e != null; e = e.next) { if (e.key == null) return e.value;
} return null;
}
理解了put方法時如何往hashmap中放入鍵值對的，那麼get()方法也就很好理解了。咱們來具體看看get()方法的實現。
若是key值爲null，執行getForNullKey()方法。當key值爲null時，新的鍵值對會放到table[0]處，因此咱們先去遍歷table[0]位置的節點鏈表，查看是否有key值爲null的節點。若是有的話，直接返回value。若是找不到key爲null的節點，返回null。
若是key值不爲null，利用indexFor方法找到當前key所處的table[i]位置，遍歷table[i]位置的節點鏈表。根據e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))來判斷是否有相同key值的節點。若是當前位置鏈表中存在key值相同的Entry節點，返回Entry節點保存的value。若是找不到key值匹配的Entry節點，返回null。
6、remove()方法解析
public V remove(Object key) {
Entry<K,V> e = removeEntryForKey(key); return (e == null ? null : e.value);
}final Entry<K,V> removeEntryForKey(Object key) { int hash = (key == null) ? 0 : hash(key.hashCode()); 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--; if (prev == e)
table[i] = next; else
prev.next = next;
e.recordRemoval(this); return e;
}
prev = e;
e = next;
} return e;
}
別看remove方法這麼長，其實它的邏輯很簡單
經過hash()和IndexFor()方法找到當前Entry節點的散列位置i，prev節點爲當前節點的上一個節點（初始值爲table[i]節點），e節點表示當前節點。
比較待刪除節點的key值和當前節點的key值是否相符。若是找不到相符的節點，返回null；
若是有相符的節點，且爲頭結點，e節點的下一個節點將被賦值給table[i]；
若是有相匹配的節點，而且不爲頭結點，則prev節點再也不指向e，而是指向e.next，也便是prev.next = e.next;至關於一個斷鏈操做；
7、HashMap遍歷
若是讓你寫一個hashmap的遍歷代碼，估計大部分人寫出下面這段代碼。但是HashMap的遍歷過程究竟是怎麼樣的，爲何咱們每次取值的時候都使用iter.next()來取值的呢？下面咱們就來看看HashMap的遍歷實現。
Itreator iter = map.entrySet().itreator(); while(iter.hashNext()){
Map.entry<k,v> entry = (Map.entry<k,v>) iter.next();
}
HashMap類中有一個私有類EntrySet，它繼承自AbstractSet類。EntrySet類中有一個iterator()方法，也就是咱們上面在遍歷hashMap所調用的iterator()方法，它會返回一個Iterator對象。
咱們來看看iterator方法：
public Iterator<Map.Entry<K,V>> iterator() { return newEntryIterator();
}
iterator()方法中調用了newEntryIterator()方法，接着進入newEntryIterator()方法看看。
Iterator<Map.Entry<K,V>> newEntryIterator() { return new EntryIterator();
}
newEntryIterator方法又建立了一個EntryIterator對象並返回。這個EntryIterator很關鍵，咱們來具體看看這個類。
private final class EntryIterator extends HashIterator<Map.Entry<K,V>> { public Map.Entry<K,V> next() { return nextEntry();
}
}
EntryIterator類繼承自HashItertor類，並且HashIterator類只有一個方法next()。既然EntryIterator繼承自HashIterator類，那麼EntryIterator到底繼承了父類的哪些對象，默認實現了父類的哪些方法呢？咱們再看看HashIterator類。
private abstract class HashIterator<E> implements Iterator<E> {
Entry<K,V> next; // next entry to return
int expectedModCount; // For fast-fail
int index; // current slot
Entry<K,V> current; // current entry
HashIterator() {
expectedModCount = modCount; if (size > 0) { // advance to first entry
Entry[] t = table; while (index < t.length && (next = t[index++]) == null)
;
}
}
}
HashIterator類中有四個屬性，它們的用處代碼註釋已經簡單明瞭的介紹了。值得注意的是HashIterator()提供了一個無參的構造方法，然而他並無對全部的屬性進行初始化，在這裏咱們須要明確的是index的值將會被賦爲0。同時後面還有一大段，它幹了什麼呢？
首先是Entry[] t = table；將當前存儲頭結點的Entry[]數組table賦值給t；
接着執行一個while循環
while (index < t.length && (next = t[index++]) == null)
當index大於table的長度，或者當前t[index]位置保存的節點不爲空時，將會結束while循環。也就是說該循環目的是爲了找出table[]數組中第一個存儲了Entry對象的位置，並用index變量記錄該位置。
咱們再總結一下！當Itreator iter = map.entrySet().itreator();這句代碼結束以後，咱們得到了一個Iterator對象，這個對象保存了當前hashMap的modCount值，index用於標識table[]數組中第一個不爲null的位置，同時next的初始值也等同於table[index]的值。
while(iter.hashNext())
當前對象實際上爲HashIterator對象，HashIterator對象的hasNext()方法十分的簡單
public final boolean hasNext() { return next != null;
}
Map.entry<k,v> entry = (Map.entry<k,v>) iter.next();
再梳理一下邏輯，EntryIterator 有一個方法next
public Map.Entry<K,V> next() { return nextEntry();
}final Entry<K,V> nextEntry() { if (modCount != expectedModCount) throw new ConcurrentModificationException();
Entry<K,V> e = next; if (e == null) throw new NoSuchElementException(); if ((next = e.next) == null) {
Entry[] t = table; while (index < t.length && (next = t[index++]) == null)
;
}
current = e; return e;
}
若是modCount值不等於expectedModCount，表示在當前遍歷過程當中，HashMap可能被其餘線程修改過，咱們須要拋出ConcurrentModificationException異常，這也就是咱們常說fast-fail。同時新建一個Entry節點e，賦值爲next(第一次進來是next指向的就是table[]數組中第一個不爲null的頭結點)。若是說當前節點的下一個節點爲null，至關於遍歷到了當前table[i]所指向鏈表的最後一個節點。此時咱們應當去尋找table數組中下一個頭結點不爲null的位置。執行while (index < t.length && (next = t[index++]) == null) 找到下一個不爲null的頭結點，並保存到next節點中。返回當前節點e
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