怎么理解Java1.7中的HashMap源码

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存储结构

内部包含了一个 Entry 类型的数组 table。Entry 存储着键值对。它包含了四个字段，从 next 字段我们可以看出 Entry 是一个链表。即数组中的每个位置被当成一个桶，一个桶存放一个链表。HashMap 使用拉链法来解决冲突，同一个链表中存放哈希值和散列桶容量取模运算结果相同的 Entry。

啊啊

transient Entry[] table;  //位桶数组/**  * Entry类实现了Map.Entry接口 * 即 实现了getKey()、getValue()、equals(Object o)和hashCode()等方法**/  static class Entry implements Map.Entry {    final K key;  // 键    V value;  // 值    Entry next; // next指针    int hash;  //hashCode()方法计算出的hash值      /**      * 构造方法，创建一个Entry      * 参数：哈希值h，键值k，值v、下一个节点n      */      Entry(int h, K k, V v, Entry n) {          value = v;          next = n;          key = k;          hash = h;      }        // 返回 与 此项 对应的键    public final K getKey() {          return key;      }      // 返回 与 此项 对应的值    public final V getValue() {          return value;      }        public final V setValue(V newValue) {          V oldValue = value;          value = newValue;          return oldValue;      }         /**      * equals（）     * 作用：判断2个Entry是否相等，必须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();      }        /**      * 当向HashMap中添加元素时，即调用put(k,v)时，      * 对已经在HashMap中k位置进行v的覆盖时，会调用此方法      * 此处没做任何处理      */      void recordAccess(HashMap m) {      }        /**      * 当从HashMap中删除了一个Entry时，会调用该函数      * 此处没做任何处理      */      void recordRemoval(HashMap m) {      } }

属性成员

// 1. 容量（capacity）： HashMap中数组的长度// a. 容量范围：必须是2的幂 & <最大容量（2的30次方）// b. 初始容量 = 哈希表创建时的容量  // 默认容量 = 16 = 1<<4 = 00001中的1向左移4位 = 10000 = 十进制的2^4=16  static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4;  // 最大容量 =  2的30次方（若传入的容量过大，将被最大值替换）  static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;// 2. 加载因子(Load factor)：HashMap在其容量自动增加前可达到多满的一种尺度// a. 加载因子越大、填满的元素越多 = 空间利用率高、但冲突的机会加大、查找效率变低（因为链表变长了）// b. 加载因子越小、填满的元素越少 = 空间利用率小、冲突的机会减小、查找效率高（链表不长）  // 实际加载因子  final float loadFactor;  // 默认加载因子 = 0.75  static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;// 3. 扩容阈值（threshold）：当哈希表的大小 ≥ 扩容阈值时，就会扩容哈希表（即扩充HashMap的容量） // a. 扩容 = 对哈希表进行resize操作（即重建内部数据结构），从而哈希表将具有大约两倍的桶数// b. 扩容阈值 = 容量 x 加载因子  int threshold;    //默认的threshold值      static final int ALTERNATIVE_HASHING_THRESHOLD_DEFAULT = Integer.MAX_VALUE;// 4. 其他 // 存储数据的Entry类型 数组，长度 = 2的幂 // HashMap的实现方式 = 拉链法，Entry数组上的每个元素本质上是一个单向链表  transient Entry[] table = (Entry[]) EMPTY_TABLE;  //HashMap内部的存储结构是一个数组，此处数组为空，即没有初始化之前的状态  static final Entry[] EMPTY_TABLE = {};   // HashMap的大小，即 HashMap中存储的键值对的数量  transient int size;

构造函数：

• 构造函数仅用于接收初始容量大小（capacity）、负载因子(Load factor)，但仍无真正初始化哈希表（存储数组table）

• 此处先给出结论：真正初始化存储数组table是在第1次调用put（）添加键值对时

  /**     * 构造函数1：默认构造函数（无参）                实际上是调用构造函数3：指定"容量大小"和"加载因子"的构造函数     */    public HashMap() {             // 传入默认的容量（16）和负载因子（0.75）        this(DEFAULT_INITIAL_CAPACITY, DEFAULT_LOAD_FACTOR);     }    /**     * 构造函数2：指定"容量大小"的构造函数     实际上是调用指定"容量大小"和"加载因子"的构造函数     */    public HashMap(int initialCapacity) {                // 传入指定的容量，和默认的负载因子        this(initialCapacity, DEFAULT_LOAD_FACTOR);            }    /**     * 构造函数3：指定"容量大小"和"加载因子"的构造函数     * 加载因子 & 容量都由自己指定     */    public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {        // HashMap的最大容量只能是MAXIMUM_CAPACITY，哪怕传入的 > 最大容量        //如果大于最大容量，还是赋值为1 << 30        if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY)            initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY;        // 设置 加载因子        this.loadFactor = loadFactor;                // 设置 扩容阈值 = 初始容量        // 注：此处不是真正的阈值，是为了扩展table，该阈值后面会重新计算        threshold = initialCapacity;           init(); // 一个空方法用于未来的子对象扩展    }    /**     * 构造函数4：包含"子Map"的构造函数     * 即 构造出来的HashMap包含传入Map的映射关系     * 加载因子 & 容量 = 默认     */    public HashMap(Map m) {        // 设置容量大小 & 加载因子 = 默认        this(Math.max((int) (m.size() / DEFAULT_LOAD_FACTOR) + 1,                DEFAULT_INITIAL_CAPACITY), DEFAULT_LOAD_FACTOR);        // 该方法用于初始化 数组 & 阈值，下面会详细说明        inflateTable(threshold);        // 将传入的子Map中的全部元素逐个添加到HashMap中        putAllForCreate(m);    }}

hash方法

hash(Object k)：计算key的hash值

该函数在JDK 1.7 和 1.8 中的实现不同，但原理（扰动函数）一样使得根据key生成的哈希码（hash值）分布更加均匀、更具备随机性，避免出现hash值冲突（即指不同key但生成同1个hash值）

• JDK 1.7 做了9次扰动处理 = 4次位运算 + 5次异或运算

• JDK 1.8 简化了扰动函数 = 只做了2次扰动 = 1次位运算 + 1次异或运算

   /**     * 确定位桶数组下标主要分为2步：计算hash值、根据hash值再计算得出最后数组位置     */        // a. 根据键值key计算hash值 ->> 分析1        int hash = hash(key);        // b. 根据hash值 最终获得 key对应存放的数组Table中位置 ->> 分析2        int i = indexFor(hash, table.length);     // JDK 1.7实现：将 键key 转换成 哈希码（hash值）操作  = 使用hashCode() + 4次位运算 + 5次异或运算（9次扰动）     static final int hash(int h) {        h ^= k.hashCode();         h ^= (h >>> 20) ^ (h >>> 12);        return h ^ (h >>> 7) ^ (h >>> 4);     }      // JDK 1.8实现：将 键key 转换成 哈希码（hash值）操作 = 使用hashCode() + 1次位运算 + 1次异或运算（2次扰动）      // 1. 取hashCode值： h = key.hashCode()      //  2. 高位参与低位的运算：h ^ (h >>> 16)        static final int hash(Object key) {           int h;            return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);            // a. 当key = null时，hash值 = 0，所以HashMap的key 可为null                  // 注：对比HashTable，HashTable对key直接hashCode（），若key为null时，会抛出异常，所以HashTable的key不可为null            // b. 当key ≠ null时，则通过先计算出 key的 hashCode()（记为h），然后 对哈希码进行 扰动处理： 按位 异或（^） 哈希码自身右移16位后的二进制     }   /**     * 函数源码分析2：indexFor(hash, table.length)     * JDK 1.8中实际上无该函数，但原理相同，即具备类似作用的函数     */      static int indexFor(int h, int length) {            return h & (length-1);           // 将对哈希码扰动处理后的结果 与运算(&) （数组长度-1），最终得到存储在数组table的位置（即数组下标、索引）}

Map中添加数据

put方法

put(int hash, K key, V value, int bucketIndex)：向HashMap添加数据（成对存放 key - value）

流程图

源码

 /**   * 函数使用原型   */   map.put("name", "huangkaiyu");   map.put("age", 21);    public V put(K key, V value)                // 1.如果哈希表未初始化（即 table为空)         if (table == EMPTY_TABLE) {         // 则使用构造函数传入的阈值(即初始容量) 初始化数组table          inflateTable(threshold);     }          // 2. 判断key是否为空值null                // 若key == null，则将该键值对放在table [0]（本质：key = Null时，hash值 = 0，故存放到table[0]中）        if (key == null)            return putForNullKey(value);                 //若 key ≠ null，则计算存放数组 table 中的位置（下标、索引）                                //计算hash值        int hash = hash(key);       //传入hash值和table长度算出index        int i = indexFor(hash, table.length);        // 3. 遍历table[indexFor]对应的链表判断该key对应的值是否已存在        for (Entry e = table[i]; e != null; e = e.next) {            Object k;            //若该key已存在（即 key-value已存在 ），则用替换原来的值            if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {                V oldValue = e.value;                e.value = value;                e.recordAccess(this);                return oldValue; //并返回旧的value            }        }                //改动计数器+1        modCount++;                // 若该key不存在，则将"key-value"添加到table中        addEntry(hash, key, value, i);        return null;    }

inflateTable方法

inflateTable(int toSize)：初始化数组（table）、扩容阈值（threshold）

注意：

真正初始化哈希表（初始化存储数组table）是在第1次添加键值对时，即第1次调用put（）时

   /**     * put中调用     */      if (table == EMPTY_TABLE) {          //此处传入的是构造函数时设置的阈值(即初始容量)，不是真正的扩容阈值        inflateTable(threshold);     }          private void inflateTable(int toSize) {          // 1. 将传入的容量大小转化为：>传入容量大小的最小的2的次幂（传入18转化得32）    int capacity = roundUpToPowerOf2(toSize);       // 2. 重新计算阈值 threshold = 容量 * 加载因子（之前存的是容量）    threshold = (int) Math.min(capacity * loadFactor, MAXIMUM_CAPACITY + 1);      // 3.传入容量初始化位桶数组table（作为数组长度）    table = new Entry[capacity];           initHashSeedAsNeeded(capacity);  }      /**     * roundUpToPowerOf2(toSize)     * 作用：将传入的容量大小转化为：>传入容量大小的最小的2的幂     * 特别注意：容量大小必须为2的幂     */     private static int roundUpToPowerOf2(int number) {            //若超过了最大值，则设置为最大值；否则，设置为大于传入容量大小的最小的2的次幂       return number >= MAXIMUM_CAPACITY  ?             MAXIMUM_CAPACITY  : (number > 1) ? Integer.highestOneBit((number - 1) << 1) : 1;

putForNullKey方法

putForNullKey(V value)：当 key ==null时，将该 key-value 的存储位置规定为数组table 中的第1个位置，即table [0]

   /**     *  put()方法调用时 传入的key为空     */      if (key == null)           return putForNullKey(value);                          /**     * 遍历以table[0]为首的链表，寻找是否存在key==null 对应的键值对       有就替换并返回旧值，没有就调用addEntry（）将（null，value）添加到链表中     */      private V putForNullKey(V value) {               for (Entry e = table[0]; e != null; e = e.next) {           //如果链表结点key为空          if (e.key == null) {            //保存旧值            V oldValue = e.value;            //链表赋新值            e.value = value;              e.recordAccess(this);               //返回旧值            return oldValue;          }      }      //改动次数+1    modCount++;      // 若没有key==null的键，那么调用addEntry（）将其加入链表    addEntry(0, null, value, 0);               // a. addEntry（）的第1个参数hash值传入0（当key = null时，也有hash值 = 0，所以HashMap的key 可为null）    // c. 对比HashTable，由于HashTable对key直接hashCode（），若key为null时，会抛出异常，所以HashTable的key不可为null    // d. 此处只需知道是将 key-value 添加到HashMap中即可，关于addEntry（）的源码分析将等到下面再详细说明，    return null;  }

addEntry方法

addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex)：添加键值对（Entry ）到 HashMap中

  /**        * put中key不存在调用，将Entry对象存入链表        */      void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {                      // 1. 插入前先判断是否需要扩容                    // 如果元素个数>=扩容阈值 并且 对应数组下标不为空          if ((size >= threshold) && (null != table[bucketIndex])) {                         //扩容2倍            resize(2 * table.length);              // 重新计算Key对应的hash值               hash = (null != key) ? hash(key) : 0;               // 重新计算该Key对应的hash值的存储数组下标位置             bucketIndex = indexFor(hash, table.length);      }      //如果不需要扩容，则创建1个新的Entry并放入到数组中    createEntry(hash, key, value, bucketIndex);  }

createEntry方法

createEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex)

 /**   * 分析2：createEntry(hash, key, value, bucketIndex);     * 作用： 若容量足够，则创建1个新的数组元素（Entry） 并放入到数组中   */  void createEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {     // 1. 把table中该位置原来的Entry保存      Entry e = table[bucketIndex];    // 2. 在table中该位置新建一个Entry：将原头结点位置（数组上）的键值对 放入到（链表）后1个节点中、将需插入的键值对 放入到头结点中（数组上）-> 从而形成链表    // 即 在插入元素时，是在链表头插入的，table中的每个位置永远只保存最新插入的Entry，旧的Entry则放入到链表中（即 解决Hash冲突）    table[bucketIndex] = new Entry<>(hash, key, value, e);      // 3. 哈希表的键值对数量计数增加    size++;  }

扩容方法

resize方法

resize(int newCapacity)：扩容为原来两倍

在扩容resize（）过程中，在将旧数组上的数据 转移到 新数组上时，转移操作 = 按旧链表的正序遍历链表、在新链表的头部依次插入，即在转移数据、扩容后，容易出现链表逆序的情况

设重新计算存储位置后不变，即扩容前 = 1->2->3，扩容后 = 3->2->1

此时若（多线程）并发执行 put（）操作，一旦出现扩容情况，则 容易出现 环形链表，从而在获取数据、遍历链表时 形成死循环（Infinite Loop），即 死锁的状态 = 线程不安全

 /**   * resize(2 * table.length)   * 作用：当容量不足时（容量 > 阈值），则扩容（扩到2倍）   */    void resize(int newCapacity) {          // 1. 保存旧数组（old table）     Entry[] oldTable = table;      // 2. 保存旧容量（数组长度）    int oldCapacity = oldTable.length;     // 3. 若旧容量已经是系统默认最大容量了，那么将扩容阈值设置成整型的最大值，退出     if (oldCapacity == MAXIMUM_CAPACITY) {          threshold = Integer.MAX_VALUE;          return;     }      // 4. 根据新容量（2倍容量）新建1个数组，即新table      Entry[] newTable = new Entry[newCapacity];      // 5. 将旧数组上的数据（键值对）转移到新table中，从而完成扩容    transfer(newTable);     // 6. 新数组table引用到HashMap的table属性上    table = newTable;      // 7. 重新设置阈值      threshold = (int)(newCapacity * loadFactor); }

transfer方法

transfer(Entry[] newTable)：

/**   * transfer(newTable);    * 作用：将旧数组上的数据（键值对）转移到新table中，从而完成扩容   * 过程：按旧链表的正序遍历链表采用头插法插入新链表   */ void transfer(Entry[] newTable) {      // 1. src指向原table      Entry[] src = table;       // 2. 获取新数组的大小                  int newCapacity = newTable.length;      // 3. 通过遍历旧table，将键值对转移到新table上      for (int j = 0; j < src.length; j++) {                       // 创建辅助entry指向旧数组中的元素            Entry e = src[j];                    if (e != null) {              // 释放旧数组的对象引用（for循环后，旧数组不再引用任何对象）              src[j] = null;                           //开始遍历              do {                                                   //创建辅助指针next（因是单链表，故要保存下1个结点，否则转移后链表会断开 ）                                                Entry next = e.next;                  // 重新计算每个元素的存储位置                 int i = indexFor(e.hash, newCapacity);                                   //头插法插入                 e.next = newTable[i];                  newTable[i] = e;                                   // e跳到下一个entry                 e = next;                          } while (e != null);             // 循环直到遍历完数组上的所有数据元素         }     } }

从HashMap中获取数据

get方法

public V get(Object key)：根据键key，向HashMap获取对应的值

   public V get(Object key) {      // 1. 当key == null时，则到table[0]为头结点的链表去检索    if (key == null)          return getForNullKey();    // 2. 当key ≠ null时，去获得对应值     Entry entry = getEntry(key);      return null == entry ? null : entry.getValue();  }   /**   * getForNullKey()   * 作用：当key == null时，在table[0]中去寻找对应 key为null的键值对   */ private V getForNullKey() {      if (size == 0) {          return null;      }      // 遍历以table[0]为头结点的链表，寻找 key==null 对应的值    for (Entry e = table[0]; e != null; e = e.next) {          // 从table[0]中取key==null的value值         if (e.key == null)              return e.value;     }      return null;  }    /**   * getEntry(key)   * 作用：当key ≠ null时，去获得对应值   */  final Entry getEntry(Object key) {              //如果元素个数为空返回null    if (size == 0) {          return null;      }      // 1. 计算key对应的hash值    int hash = (key == null) ? 0 : hash(key);      // 2. 根据hash值计算出对应的数组下标    // 3. 遍历对应index的数组元素为头结点的链表，检索键值对    for (Entry e = table[indexFor(hash, table.length)];  e != null;  e = e.next) {          Object k;          // 若 hash值 & key 相等，则证明该Entry = 我们要的键值对        // 通过==或者equals（）判断key是否相等        if (e.hash == hash &&              ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))              return e;      }      return null;  }

从HashMap中删除数据

remove方法

remove(Object key)：删除该键值对

public V remove(Object key) {      Entry e = removeEntryForKey(key);      return (e == null ? null : e.value);  }    final Entry removeEntryForKey(Object key) {      if (size == 0) {          return null;      }      // 1. 计算hash值    int hash = (key == null) ? 0 : hash(key);      // 2. 计算存储的数组下标位置    int i = indexFor(hash, table.length);          //prev记录要删除entry的前一个entry    Entry prev = table[i];          //e记录要删除的entry    Entry e = prev;        while (e != null) {          //辅助指针，指向下一个entry        Entry next = e.next;          Object k;          //如果key相等        if (e.hash == hash &&              ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) {                                          modCount++; //改动次数+1                      size--;   //元素个数-1                        // 若删除的是链表的头结点             if (prev == e)                // 则将头结点的next引用存入table[i]中                table[i] = next;            //否则 将当前结点的前1个结点中的next指向当前结点的下一个结点（直接越过当前Entry）            else                  prev.next = next;               e.recordRemoval(this);              return e;          }                //prev指向当前结点        prev = e;          //e指向下一个结点        e = next;      }      //遍历结束e为null，表示没找到返回null    return e;  }

对HashMap的其他操作

HashMap除了核心的put（）、get（）函数，还有以下主要使用的函数方法

源码

  /**   * 函数：isEmpty()   * 作用：判断HashMap是否为空，即无键值对；size == 0时 表示为 空    */public boolean isEmpty() {      return size == 0;  }  /**   * 函数：size()   * 作用：返回哈希表中所有 键值对的数量 = 数组中的键值对 + 链表中的键值对   */   public int size() {      return size;  }   /**   * 函数：clear()   * 作用：清空哈希表，即删除所有键值对   * 原理：将数组table中存储的Entry全部置为null、size置为0   */ public void clear() {    //改动次数＋1    modCount++;      //全部元素设空    Arrays.fill(table, null);    //元素个数清0    size = 0;}  /**   * 函数：putAll(Map m)   * 作用：将指定Map中的键值对 复制到 此Map中   * 原理：类似Put函数   */     public void putAll(Map m) {      // 1. 统计需复制多少个键值对      int numKeysToBeAdded = m.size();      if (numKeysToBeAdded == 0)          return;     // 2. 若table还没初始化，先用刚刚统计的复制数去初始化table      if (table == EMPTY_TABLE) {          inflateTable((int) Math.max(numKeysToBeAdded * loadFactor, threshold));      }        // 3. 若需复制的数目 > 阈值，则需先扩容     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. 开始复制（实际上不断调用Put函数插入）      for (Map.Entry e : m.entrySet())          put(e.getKey(), e.getValue());}    /**   * 函数：containsKey(Object key)   * 作用：判断是否存在该键的键值对；是 则返回true   * 原理：调用get（），判断是否为Null   */   public boolean containsKey(Object key) {      return getEntry(key) != null; }  /**   * 函数：containsValue(Object value)   * 作用：判断是否存在该值的键值对；是 则返回true   */   public boolean containsValue(Object value) {      // 若value为空，则调用containsNullValue()      if (value == null)        return containsNullValue();          // 若value不为空，则遍历链表中的每个Entry，通过equals（）比较values 判断是否存在    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;  }    // 判断是否有空值 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;  }

1.7和1.8版本区别

JDK 1.8 的优化目的主要是：减少 Hash冲突 & 提高哈希表的存、取效率

数据结构

hash值计算方式

扩容机制

到此，相信大家对"怎么理解Java1.7中的HashMap源码"有了更深的了解，不妨来实际操作一番吧！这里是网站，更多相关内容可以进入相关频道进行查询，关注我们，继续学习！