1、HashMap源码解析（JDK8）
基础原理：
- 对比上一篇《Java中的容器（集合）之ArrayList源码解析》而言，本篇只解析HashMap常用的核心方法的源码。
- HashMap是一个以键值对存储的容器。
- hashMap底层实现为数组+链表+红黑树（链表超过8时转为红黑树，JDK7为数组+链表）。
- HashMap会根据key的hashCode得到对应的hash值，再去数组中找寻对应的数组位置（下标）。
- hash方法如下：
static final int hash(Object key) {
int h;
//hashCode()返回散列值，这是Object中的一个方法
// ^ 按位异或，& 按位与，|按位或；&&逻辑与，||逻辑或
// >>> 无符号右移
return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
}
HashMap的一些属性：
- 关于其中加载因子属性（DEFAULT_LOAD_FACTOR ，loadFactor），主要是针对元素量而言，越大元素放的越多，空间利用率高，不过容易碰撞，查找时间多；越小元素放的越少，不容易碰撞，不过浪费空间，查找时间少。
- 关于threshold属性，它是HashMap的扩容标准，计算规则为容量*加载因子，比如默认情况为16*0.75=12，达到这个值的时候就会进行扩容（扩容操作比较耗费性能）。
- 源码及释义如下：
public class HashMap<K,V> extends AbstractMap<K,V> implements Map<K,V>, Cloneable, Serializable {
// 序列号
private static final long serialVersionUID = 362498820763181265L;
// 默认的初始容量，需为2的幂次方（为了减少哈希碰撞），<< 表示左移，运算规则为乘以2的n次方，1<<4=16
static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4;
// 最大容量，如果由某个带参构造函数隐式的指定了更高的值，需为2的幂次方且小于1 << 30
static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;
// 构造函数中未指定时使用的加载因子，即默认加载因子
static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;
// 当传入的节点大于2且至少为8的时候，链表节点转为红黑树
static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8;
// 当节点小于为6的时候，红黑树退化为链表
static final int UNTREEIFY_THRESHOLD = 6;
// 红黑树中对应的最小表容量应该最少为4*TREEIFY_THRESHOLD，以避免在调整大小和红黑树阈值之间的冲突。
static final int MIN_TREEIFY_CAPACITY = 64;
// 在第一次使用的时候初始化表，且根据需要设置大小，分配的大小总是2的幂次方
transient Node<k,v>[] table;
// 保存元素的集，需要注意的是，它使用的AbstractMap字段是keySet()和values()。
transient Set<map.entry<k,v>> entrySet;
// 此映射中包含的键值映射数，键值是一个整体，不等于数组的长度（因为存在哈希碰撞之后的链表和红黑树）
transient int size;
// 每次扩容和更改map结构的计数器
transient int modCount;
// 下一个要调整大小的大小值（容量*加载因子）
int threshold;
// hash表的加载因子
final float loadFactor;
}
静态内部类Node：
- 源码及释义如下：
//静态内部类，实现了Map.Entry<K,V>接口
static class Node<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
final int hash;//哈希值，用于与其他元素的哈希值进行比较
final K key;//键
V value;//值
Node<K,V> next;//下一个节点 //构造器
Node(int hash, K key, V value, Node<K,V> next) {
this.hash = hash;
this.key = key;
this.value = value;
this.next = next;
} public final K getKey() { return key; }
public final V getValue() { return value; }
public final String toString() { return key + "=" + value; } public final int hashCode() {
return Objects.hashCode(key) ^ Objects.hashCode(value);
} public final V setValue(V newValue) {
V oldValue = value;
value = newValue;
return oldValue;
} public final boolean equals(Object o) {
if (o == this)
return true;
if (o instanceof Map.Entry) {
Map.Entry<?,?> e = (Map.Entry<?,?>)o;
if (Objects.equals(key, e.getKey()) &&
Objects.equals(value, e.getValue()))
return true;
}
return false;
}
}
JDK8增加了树节点静态内部类用于红黑树：
- 部分源码及释义如下：
static final class TreeNode<K,V> extends LinkedHashMap.Entry<K,V> {
TreeNode<K, V> parent; // red-black tree links
TreeNode<K, V> left;
TreeNode<K, V> right;
TreeNode<K, V> prev; // needed to unlink next upon deletion
boolean red; //判断是否为红
TreeNode(int hash, K key, V val, Node<K, V> next) {
super(hash, key, val, next);
}
/**
* 返回包含此节点的树的根节点
*/
final TreeNode<K, V> root() {
for (TreeNode<K, V> r = this, p; ; ) {
if ((p = r.parent) == null)
return r;
r = p;
}
}
}
HashMap的构造器：
- 主要有四个，源码及释义如下：
/**
* 指定容量以及加载因子构造一个空的HashMap
*/
public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {
if (initialCapacity < 0)
throw new IllegalArgumentException("Illegal initial capacity: " +
initialCapacity);
if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY)
initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY;
if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor))
throw new IllegalArgumentException("Illegal load factor: " +
loadFactor);
this.loadFactor = loadFactor;
this.threshold = tableSizeFor(initialCapacity);
} /**
* 指定容量以及默认加载因子0.75构造一个空的HashMap
*/
public HashMap(int initialCapacity) {
this(initialCapacity, DEFAULT_LOAD_FACTOR);
} /**
* 以默认容量16以及默认加载因子0.75构造一个空的HashMap
*/
public HashMap() {
this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR; // all other fields defaulted
} /**
* 以另一个Map的键值对构造一个新的HashMap。新HashMap的容量最少足够存储旧HashMap的键值对数，加载因子为默认加载因子0.75
*/
public HashMap(Map<? extends K, ? extends V> m) {
this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR;
putMapEntries(m, false);
}
- 其中第四个构造函数有用到putMapEntries()这个方法，其源码如下：
/**
* 实现map.putall和map构造函数
*/
final void putMapEntries(Map<? extends K, ? extends V> m, boolean evict) {
int s = m.size();
//判断m是否为空
if (s > 0) {
//判断table是否初始化
if (table == null) { // pre-size
//计算m的总容量，计算规则为使用容量/加载因子+1
float ft = ((float)s / loadFactor) + 1.0F;
//将m总容量与HashMap规定的最大容量相比得到最终容量
int t = ((ft < (float)MAXIMUM_CAPACITY) ?
(int)ft : MAXIMUM_CAPACITY);
//判断最终容量是否大于扩容阈值（扩容阈值计算规则：容量*加载因子）
if (t > threshold)
threshold = tableSizeFor(t);
}
//如果m的键值对数大于扩容阈值，则进行扩容
else if (s > threshold)
resize();
//将m中的键值对添加到新HashMap中
for (Map.Entry<? extends K, ? extends V> e : m.entrySet()) {
K key = e.getKey();
V value = e.getValue();
putVal(hash(key), key, value, false, evict);
}
}
}
- 针对putMapEntries()方法中的扩容操作，可以查看resize()方法，源码及释义如下：
/**
* 初始化表或者将表容量翻倍，如果为空则分配初始容量，否则以2的幂次方扩容，需要保持索引一致
* @return
*/
final Node<K,V>[] resize() {
//得到表
Node<K,V>[] oldTab = table;
//判断表是否初始化
int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length;
int oldThr = threshold;
int newCap, newThr = 0;
if (oldCap > 0) {
//如果旧容量大于最大值，则不扩容
if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) {
threshold = Integer.MAX_VALUE;
return oldTab;
}
//判断旧容量的两倍容量（左移表示乘以2的n次方）是否小于最大容量，且旧容量是否大于等于默认容量
else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY &&
oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)
//扩容两倍
newThr = oldThr << 1; // double threshold
}
//否则如果旧阈值大于0，则初始化容量设置为旧阈值
else if (oldThr > 0) // initial capacity was placed in threshold
newCap = oldThr;
else { // zero initial threshold signifies using defaults
//否则新容量设置为默认容量（因为旧容量小于0）
newCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY;
//新阈值设置为默认容量乘以默认加载因子，即16*0.75
newThr = (int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY);
}
//如果新阈值为0，则重新计算新阈值
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"})
Node<K,V>[] newTab = (Node<K,V>[])new Node[newCap]; //此方法返回的新table
//如果旧table为空，则初始化
table = newTab;
//否则将旧table的值放入新table
if (oldTab != null) {
//旧table的值循环放入新table
for (int j = 0; j < oldCap; ++j) {
Node<K,V> e;
//判断当前节点是否有值
if ((e = oldTab[j]) != null) {
//旧table节点置为空
oldTab[j] = null;
//如果该节点没有子节点，则返回新table，元素放入的位置为e的哈希值按位与（新容量-1）
if (e.next == null)
newTab[e.hash & (newCap - 1)] = e;
//否则如果该节点属于红黑树节点，将其切割赋给新红黑树
else if (e instanceof TreeNode)
((TreeNode<K,V>)e).split(this, newTab, j, oldCap);
//保持索引一致
else { // preserve order
Node<K,V> loHead = null, loTail = null;
Node<K,V> hiHead = null, hiTail = null;
Node<K,V> next;
do {
next = e.next;
//旧索引
if ((e.hash & oldCap) == 0) {
if (loTail == null)
loHead = e;
else
loTail.next = e;
loTail = e;
}
//新索引
else {
if (hiTail == null)
hiHead = e;
else
hiTail.next = e;
hiTail = e;
}
} while ((e = next) != null);
//旧索引放入table
if (loTail != null) {
loTail.next = null;
newTab[j] = loHead;
}
//新索引放入table
if (hiTail != null) {
hiTail.next = null;
newTab[j + oldCap] = hiHead;
}
}
}
}
}
return newTab;
}
- 关于put的源码及释义如下（对应原理可以查看《Java中的容器（集合）》第七条）：
//put元素到map中
public V put(K key, V value) {
//实际调用的是putVal()方法
return putVal(hash(key), key, value, false, true);
} //putVal()方法用于实际操作插入元素
final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,
boolean evict) {
Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, i;
//table未初始化，调用resize()进行扩容（使用的都是默认值）
if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
n = (tab = resize()).length;
//判断(n - 1) & hash]索引处的table是否为空，为空，则插入新节点（table为空，此时插入的节点是在数组中）
if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
//table不为空
else {
Node<K,V> e; K k;
//判断节点的hash以及key是否相等，是则覆盖。
if (p.hash == hash &&
((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
e = p;
//否则如果属于树节点，使用putTreeVal插入节点数据（putTreeVal是针对红黑树的putVal方法），有兴趣的可以看一下putTreeVal方法
else if (p instanceof TreeNode)
e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
else {
//是一个链表
for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
//判断是否到达链表末尾
if ((e = p.next) == null) {
//在链表末尾插入数据
p.next = newNode(hash, key, value, null);
//如果大于规则节点数（8），则转为红黑树存储
if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st
treeifyBin(tab, hash);
//跳出循环
break;
}
//判断插入元素与链表中原有元素的hash以及key是否相等
if (e.hash == hash &&
((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
//相等，跳出循环
break;
//循环链表
p = e;
}
}
//存在键值对的key
if (e != null) { // existing mapping for key
//存储旧值
V oldValue = e.value;
if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
//替换为新值
e.value = value;
//访问后回调
afterNodeAccess(e);
//返回旧值
return oldValue;
}
}
++modCount;
//插入的时候，判断容量是否大于阈值
if (++size > threshold)
//是，则进行扩容
resize();
//插入后回调
afterNodeInsertion(evict);
return null;
}
- 关于get的源码及释义如下：
//通过指定key从map中get值
public V get(Object key) {
Node<K,V> e;
//实际调用的是getNode()方法
return (e = getNode(hash(key), key)) == null ? null : e.value;
} //getNode()方法用于实际操作查询元素值
final Node<K,V> getNode(int hash, Object key) {
Node<K,V>[] tab; Node<K,V> first, e; int n; K k;
//判断存在table是否初始化
if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 &&
(first = tab[(n - 1) & hash]) != null) {
//总是检查第一个节点，如果第一个节点与需要查询的节点的hash以及key相等，则返回第一个节点
if (first.hash == hash && // always check first node
((k = first.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
return first;
//如果存在多个节点
if ((e = first.next) != null) {
//如果属于红黑树，则调用红黑树中的getTreeNode方法查询，有兴趣的可以看一下getTreeNode方法
if (first instanceof TreeNode)
return ((TreeNode<K,V>)first).getTreeNode(hash, key);
//否则在链表中查询
do {
//如果链表节点与需要查询的节点的hash以及key相等，则返回链表节点
if (e.hash == hash &&
((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
return e;
} while ((e = e.next) != null);
}
}
return null;
}
（以上所有内容皆为个人笔记，如有错误之处还望指正。）