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转：【Java集合源码剖析】HashMap源码剖析

2024-09-27 08:05:39   216人阅读

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HashMap简介

    HashMap是基于哈希表实现的，每一个元素是一个key-value对，其内部通过单链表解决冲突问题，容量不足（超过了阀值）时，同样会自动增长。

    HashMap是非线程安全的，只是用于单线程环境下，多线程环境下可以采用concurrent并发包下的concurrentHashMap。

    HashMap 实现了Serializable接口，因此它支持序列化，实现了Cloneable接口，能被克隆。

 

HashMap源码剖析

    HashMap的源码如下(加入了比较详细的注释)：

[java] view plain copy
  1. package java.util;    
  2. import java.io.*;    
  3.    
  4. public class HashMap<K,V>    
  5.     extends AbstractMap<K,V>    
  6.     implements Map<K,V>, Cloneable, Serializable    
  7. {    
  8.    
  9.     // 默认的初始容量（容量为HashMap中槽的数目）是16，且实际容量必须是2的整数次幂。    
  10.     static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 16;    
  11.    
  12.     // 最大容量（必须是2的幂且小于2的30次方，传入容量过大将被这个值替换）    
  13.     static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;    
  14.    
  15.     // 默认加载因子为0.75   
  16.     static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;    
  17.    
  18.     // 存储数据的Entry数组，长度是2的幂。    
  19.     // HashMap采用链表法解决冲突，每一个Entry本质上是一个单向链表    
  20.     transient Entry[] table;    
  21.    
  22.     // HashMap的底层数组中已用槽的数量    
  23.     transient int size;    
  24.    
  25.     // HashMap的阈值，用于判断是否需要调整HashMap的容量（threshold = 容量*加载因子）    
  26.     int threshold;    
  27.    
  28.     // 加载因子实际大小    
  29.     final float loadFactor;    
  30.    
  31.     // HashMap被改变的次数    
  32.     transient volatile int modCount;    
  33.    
  34.     // 指定“容量大小”和“加载因子”的构造函数    
  35.     public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {    
  36.         if (initialCapacity < 0)    
  37.             throw new IllegalArgumentException("Illegal initial capacity: " +    
  38.                                                initialCapacity);    
  39.         // HashMap的最大容量只能是MAXIMUM_CAPACITY    
  40.         if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY)    
  41.             initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY;    
  42.         //加载因此不能小于0  
  43.         if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor))    
  44.             throw new IllegalArgumentException("Illegal load factor: " +    
  45.                                                loadFactor);    
  46.    
  47.         // 找出“大于initialCapacity”的最小的2的幂    
  48.         int capacity = 1;    
  49.         while (capacity < initialCapacity)    
  50.             capacity <<= 1;    
  51.    
  52.         // 设置“加载因子”    
  53.         this.loadFactor = loadFactor;    
  54.         // 设置“HashMap阈值”，当HashMap中存储数据的数量达到threshold时，就需要将HashMap的容量加倍。    
  55.         threshold = (int)(capacity * loadFactor);    
  56.         // 创建Entry数组，用来保存数据    
  57.         table = new Entry[capacity];    
  58.         init();    
  59.     }    
  60.    
  61.    
  62.     // 指定“容量大小”的构造函数    
  63.     public HashMap(int initialCapacity) {    
  64.         this(initialCapacity, DEFAULT_LOAD_FACTOR);    
  65.     }    
  66.    
  67.     // 默认构造函数。    
  68.     public HashMap() {    
  69.         // 设置“加载因子”为默认加载因子0.75    
  70.         this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR;    
  71.         // 设置“HashMap阈值”，当HashMap中存储数据的数量达到threshold时，就需要将HashMap的容量加倍。    
  72.         threshold = (int)(DEFAULT_INITIAL_CAPACITY * DEFAULT_LOAD_FACTOR);    
  73.         // 创建Entry数组，用来保存数据    
  74.         table = new Entry[DEFAULT_INITIAL_CAPACITY];    
  75.         init();    
  76.     }    
  77.    
  78.     // 包含“子Map”的构造函数    
  79.     public HashMap(Map<? extends K, ? extends V> m) {    
  80.         this(Math.max((int) (m.size() / DEFAULT_LOAD_FACTOR) + 1,    
  81.                       DEFAULT_INITIAL_CAPACITY), DEFAULT_LOAD_FACTOR);    
  82.         // 将m中的全部元素逐个添加到HashMap中    
  83.         putAllForCreate(m);    
  84.     }    
  85.    
  86.     //求hash值的方法，重新计算hash值  
  87.     static int hash(int h) {    
  88.         h ^= (h >>> 20) ^ (h >>> 12);    
  89.         return h ^ (h >>> 7) ^ (h >>> 4);    
  90.     }    
  91.    
  92.     // 返回h在数组中的索引值，这里用&代替取模，旨在提升效率   
  93.     // h & (length-1)保证返回值的小于length    
  94.     static int indexFor(int h, int length) {    
  95.         return h & (length-1);    
  96.     }    
  97.    
  98.     public int size() {    
  99.         return size;    
  100.     }    
  101.    
  102.     public boolean isEmpty() {    
  103.         return size == 0;    
  104.     }    
  105.    
  106.     // 获取key对应的value    
  107.     public V get(Object key) {    
  108.         if (key == null)    
  109.             return getForNullKey();    
  110.         // 获取key的hash值    
  111.         int hash = hash(key.hashCode());    
  112.         // 在“该hash值对应的链表”上查找“键值等于key”的元素    
  113.         for (Entry<K,V> e = table[indexFor(hash, table.length)];    
  114.              e != null;    
  115.              e = e.next) {    
  116.             Object k;    
  117.             //判断key是否相同  
  118.             if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k)))    
  119.                 return e.value;    
  120.         }  
  121.         //没找到则返回null  
  122.         return null;    
  123.     }    
  124.    
  125.     // 获取“key为null”的元素的值    
  126.     // HashMap将“key为null”的元素存储在table[0]位置，但不一定是该链表的第一个位置！    
  127.     private V getForNullKey() {    
  128.         for (Entry<K,V> e = table[0]; e != null; e = e.next) {    
  129.             if (e.key == null)    
  130.                 return e.value;    
  131.         }    
  132.         return null;    
  133.     }    
  134.    
  135.     // HashMap是否包含key    
  136.     public boolean containsKey(Object key) {    
  137.         return getEntry(key) != null;    
  138.     }    
  139.    
  140.     // 返回“键为key”的键值对    
  141.     final Entry<K,V> getEntry(Object key) {    
  142.         // 获取哈希值    
  143.         // HashMap将“key为null”的元素存储在table[0]位置，“key不为null”的则调用hash()计算哈希值    
  144.         int hash = (key == null) ? 0 : hash(key.hashCode());    
  145.         // 在“该hash值对应的链表”上查找“键值等于key”的元素    
  146.         for (Entry<K,V> e = table[indexFor(hash, table.length)];    
  147.              e != null;    
  148.              e = e.next) {    
  149.             Object k;    
  150.             if (e.hash == hash &&    
  151.                 ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))    
  152.                 return e;    
  153.         }    
  154.         return null;    
  155.     }    
  156.    
  157.     // 将“key-value”添加到HashMap中    
  158.     public V put(K key, V value) {    
  159.         // 若“key为null”，则将该键值对添加到table[0]中。    
  160.         if (key == null)    
  161.             return putForNullKey(value);    
  162.         // 若“key不为null”，则计算该key的哈希值，然后将其添加到该哈希值对应的链表中。    
  163.         int hash = hash(key.hashCode());    
  164.         int i = indexFor(hash, table.length);    
  165.         for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) {    
  166.             Object k;    
  167.             // 若“该key”对应的键值对已经存在，则用新的value取代旧的value。然后退出！    
  168.             if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {    
  169.                 V oldValue = e.value;    
  170.                 e.value = value;    
  171.                 e.recordAccess(this);    
  172.                 return oldValue;    
  173.             }    
  174.         }    
  175.    
  176.         // 若“该key”对应的键值对不存在，则将“key-value”添加到table中    
  177.         modCount++;  
  178.         //将key-value添加到table[i]处  
  179.         addEntry(hash, key, value, i);    
  180.         return null;    
  181.     }    
  182.    
  183.     // putForNullKey()的作用是将“key为null”键值对添加到table[0]位置    
  184.     private V putForNullKey(V value) {    
  185.         for (Entry<K,V> e = table[0]; e != null; e = e.next) {    
  186.             if (e.key == null) {    
  187.                 V oldValue = e.value;    
  188.                 e.value = value;    
  189.                 e.recordAccess(this);    
  190.                 return oldValue;    
  191.             }    
  192.         }    
  193.         // 如果没有存在key为null的键值对，则直接题阿见到table[0]处!    
  194.         modCount++;    
  195.         addEntry(0, null, value, 0);    
  196.         return null;    
  197.     }    
  198.    
  199.     // 创建HashMap对应的“添加方法”，    
  200.     // 它和put()不同。putForCreate()是内部方法，它被构造函数等调用，用来创建HashMap    
  201.     // 而put()是对外提供的往HashMap中添加元素的方法。    
  202.     private void putForCreate(K key, V value) {    
  203.         int hash = (key == null) ? 0 : hash(key.hashCode());    
  204.         int i = indexFor(hash, table.length);    
  205.    
  206.         // 若该HashMap表中存在“键值等于key”的元素，则替换该元素的value值    
  207.         for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) {    
  208.             Object k;    
  209.             if (e.hash == hash &&    
  210.                 ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) {    
  211.                 e.value = value;    
  212.                 return;    
  213.             }    
  214.         }    
  215.    
  216.         // 若该HashMap表中不存在“键值等于key”的元素，则将该key-value添加到HashMap中    
  217.         createEntry(hash, key, value, i);    
  218.     }    
  219.    
  220.     // 将“m”中的全部元素都添加到HashMap中。    
  221.     // 该方法被内部的构造HashMap的方法所调用。    
  222.     private void putAllForCreate(Map<? extends K, ? extends V> m) {    
  223.         // 利用迭代器将元素逐个添加到HashMap中    
  224.         for (Iterator<? extends Map.Entry<? extends K, ? extends V>> i = m.entrySet().iterator(); i.hasNext(); ) {    
  225.             Map.Entry<? extends K, ? extends V> e = i.next();    
  226.             putForCreate(e.getKey(), e.getValue());    
  227.         }    
  228.     }    
  229.    
  230.     // 重新调整HashMap的大小，newCapacity是调整后的容量    
  231.     void resize(int newCapacity) {    
  232.         Entry[] oldTable = table;    
  233.         int oldCapacity = oldTable.length;   
  234.         //如果就容量已经达到了最大值，则不能再扩容，直接返回  
  235.         if (oldCapacity == MAXIMUM_CAPACITY) {    
  236.             threshold = Integer.MAX_VALUE;    
  237.             return;    
  238.         }    
  239.    
  240.         // 新建一个HashMap，将“旧HashMap”的全部元素添加到“新HashMap”中，    
  241.         // 然后，将“新HashMap”赋值给“旧HashMap”。    
  242.         Entry[] newTable = new Entry[newCapacity];    
  243.         transfer(newTable);    
  244.         table = newTable;    
  245.         threshold = (int)(newCapacity * loadFactor);    
  246.     }    
  247.    
  248.     // 将HashMap中的全部元素都添加到newTable中    
  249.     void transfer(Entry[] newTable) {    
  250.         Entry[] src = table;    
  251.         int newCapacity = newTable.length;    
  252.         for (int j = 0; j < src.length; j++) {    
  253.             Entry<K,V> e = src[j];    
  254.             if (e != null) {    
  255.                 src[j] = null;    
  256.                 do {    
  257.                     Entry<K,V> next = e.next;    
  258.                     int i = indexFor(e.hash, newCapacity);    
  259.                     e.next = newTable[i];    
  260.                     newTable[i] = e;    
  261.                     e = next;    
  262.                 } while (e != null);    
  263.             }    
  264.         }    
  265.     }    
  266.    
  267.     // 将"m"的全部元素都添加到HashMap中    
  268.     public void putAll(Map<? extends K, ? extends V> m) {    
  269.         // 有效性判断    
  270.         int numKeysToBeAdded = m.size();    
  271.         if (numKeysToBeAdded == 0)    
  272.             return;    
  273.    
  274.         // 计算容量是否足够，    
  275.         // 若“当前阀值容量 < 需要的容量”，则将容量x2。    
  276.         if (numKeysToBeAdded > threshold) {    
  277.             int targetCapacity = (int)(numKeysToBeAdded / loadFactor + 1);    
  278.             if (targetCapacity > MAXIMUM_CAPACITY)    
  279.                 targetCapacity = MAXIMUM_CAPACITY;    
  280.             int newCapacity = table.length;    
  281.             while (newCapacity < targetCapacity)    
  282.                 newCapacity <<= 1;    
  283.             if (newCapacity > table.length)    
  284.                 resize(newCapacity);    
  285.         }    
  286.    
  287.         // 通过迭代器，将“m”中的元素逐个添加到HashMap中。    
  288.         for (Iterator<? extends Map.Entry<? extends K, ? extends V>> i = m.entrySet().iterator(); i.hasNext(); ) {    
  289.             Map.Entry<? extends K, ? extends V> e = i.next();    
  290.             put(e.getKey(), e.getValue());    
  291.         }    
  292.     }    
  293.    
  294.     // 删除“键为key”元素    
  295.     public V remove(Object key) {    
  296.         Entry<K,V> e = removeEntryForKey(key);    
  297.         return (e == null ? null : e.value);    
  298.     }    
  299.    
  300.     // 删除“键为key”的元素    
  301.     final Entry<K,V> removeEntryForKey(Object key) {    
  302.         // 获取哈希值。若key为null，则哈希值为0；否则调用hash()进行计算    
  303.         int hash = (key == null) ? 0 : hash(key.hashCode());    
  304.         int i = indexFor(hash, table.length);    
  305.         Entry<K,V> prev = table[i];    
  306.         Entry<K,V> e = prev;    
  307.    
  308.         // 删除链表中“键为key”的元素    
  309.         // 本质是“删除单向链表中的节点”    
  310.         while (e != null) {    
  311.             Entry<K,V> next = e.next;    
  312.             Object k;    
  313.             if (e.hash == hash &&    
  314.                 ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) {    
  315.                 modCount++;    
  316.                 size--;    
  317.                 if (prev == e)    
  318.                     table[i] = next;    
  319.                 else   
  320.                     prev.next = next;    
  321.                 e.recordRemoval(this);    
  322.                 return e;    
  323.             }    
  324.             prev = e;    
  325.             e = next;    
  326.         }    
  327.    
  328.         return e;    
  329.     }    
  330.    
  331.     // 删除“键值对”    
  332.     final Entry<K,V> removeMapping(Object o) {    
  333.         if (!(o instanceof Map.Entry))    
  334.             return null;    
  335.    
  336.         Map.Entry<K,V> entry = (Map.Entry<K,V>) o;    
  337.         Object key = entry.getKey();    
  338.         int hash = (key == null) ? 0 : hash(key.hashCode());    
  339.         int i = indexFor(hash, table.length);    
  340.         Entry<K,V> prev = table[i];    
  341.         Entry<K,V> e = prev;    
  342.    
  343.         // 删除链表中的“键值对e”    
  344.         // 本质是“删除单向链表中的节点”    
  345.         while (e != null) {    
  346.             Entry<K,V> next = e.next;    
  347.             if (e.hash == hash && e.equals(entry)) {    
  348.                 modCount++;    
  349.                 size--;    
  350.                 if (prev == e)    
  351.                     table[i] = next;    
  352.                 else   
  353.                     prev.next = next;    
  354.                 e.recordRemoval(this);    
  355.                 return e;    
  356.             }    
  357.             prev = e;    
  358.             e = next;    
  359.         }    
  360.    
  361.         return e;    
  362.     }    
  363.    
  364.     // 清空HashMap，将所有的元素设为null    
  365.     public void clear() {    
  366.         modCount++;    
  367.         Entry[] tab = table;    
  368.         for (int i = 0; i < tab.length; i++)    
  369.             tab[i] = null;    
  370.         size = 0;    
  371.     }    
  372.    
  373.     // 是否包含“值为value”的元素    
  374.     public boolean containsValue(Object value) {    
  375.     // 若“value为null”，则调用containsNullValue()查找    
  376.     if (value == null)    
  377.             return containsNullValue();    
  378.    
  379.     // 若“value不为null”，则查找HashMap中是否有值为value的节点。    
  380.     Entry[] tab = table;    
  381.         for (int i = 0; i < tab.length ; i++)    
  382.             for (Entry e = tab[i] ; e != null ; e = e.next)    
  383.                 if (value.equals(e.value))    
  384.                     return true;    
  385.     return false;    
  386.     }    
  387.    
  388.     // 是否包含null值    
  389.     private boolean containsNullValue() {    
  390.     Entry[] tab = table;    
  391.         for (int i = 0; i < tab.length ; i++)    
  392.             for (Entry e = tab[i] ; e != null ; e = e.next)    
  393.                 if (e.value == null)    
  394.                     return true;    
  395.     return false;    
  396.     }    
  397.    
  398.     // 克隆一个HashMap，并返回Object对象    
  399.     public Object clone() {    
  400.         HashMap<K,V> result = null;    
  401.         try {    
  402.             result = (HashMap<K,V>)super.clone();    
  403.         } catch (CloneNotSupportedException e) {    
  404.             // assert false;    
  405.         }    
  406.         result.table = new Entry[table.length];    
  407.         result.entrySet = null;    
  408.         result.modCount = 0;    
  409.         result.size = 0;    
  410.         result.init();    
  411.         // 调用putAllForCreate()将全部元素添加到HashMap中    
  412.         result.putAllForCreate(this);    
  413.    
  414.         return result;    
  415.     }    
  416.    
  417.     // Entry是单向链表。    
  418.     // 它是 “HashMap链式存储法”对应的链表。    
  419.     // 它实现了Map.Entry 接口，即实现getKey(), getValue(), setValue(V value), equals(Object o), hashCode()这些函数    
  420.     static class Entry<K,V> implements Map.Entry<K,V> {    
  421.         final K key;    
  422.         V value;    
  423.         // 指向下一个节点    
  424.         Entry<K,V> next;    
  425.         final int hash;    
  426.    
  427.         // 构造函数。    
  428.         // 输入参数包括"哈希值(h)", "键(k)", "值(v)", "下一节点(n)"    
  429.         Entry(int h, K k, V v, Entry<K,V> n) {    
  430.             value = v;    
  431.             next = n;    
  432.             key = k;    
  433.             hash = h;    
  434.         }    
  435.    
  436.         public final K getKey() {    
  437.             return key;    
  438.         }    
  439.    
  440.         public final V getValue() {    
  441.             return value;    
  442.         }    
  443.    
  444.         public final V setValue(V newValue) {    
  445.             V oldValue = value;    
  446.             value = newValue;    
  447.             return oldValue;    
  448.         }    
  449.    
  450.         // 判断两个Entry是否相等    
  451.         // 若两个Entry的“key”和“value”都相等，则返回true。    
  452.         // 否则，返回false    
  453.         public final boolean equals(Object o) {    
  454.             if (!(o instanceof Map.Entry))    
  455.                 return false;    
  456.             Map.Entry e = (Map.Entry)o;    
  457.             Object k1 = getKey();    
  458.             Object k2 = e.getKey();    
  459.             if (k1 == k2 || (k1 != null && k1.equals(k2))) {    
  460.                 Object v1 = getValue();    
  461.                 Object v2 = e.getValue();    
  462.                 if (v1 == v2 || (v1 != null && v1.equals(v2)))    
  463.                     return true;    
  464.             }    
  465.             return false;    
  466.         }    
  467.    
  468.         // 实现hashCode()    
  469.         public final int hashCode() {    
  470.             return (key==null   ? 0 : key.hashCode()) ^    
  471.                    (value=http://www.mamicode.com/=null ? 0 : value.hashCode());    
  472.         }    
  473.    
  474.         public final String toString() {    
  475.             return getKey() + "=" + getValue();    
  476.         }    
  477.    
  478.         // 当向HashMap中添加元素时，绘调用recordAccess()。    
  479.         // 这里不做任何处理    
  480.         void recordAccess(HashMap<K,V> m) {    
  481.         }    
  482.    
  483.         // 当从HashMap中删除元素时，绘调用recordRemoval()。    
  484.         // 这里不做任何处理    
  485.         void recordRemoval(HashMap<K,V> m) {    
  486.         }    
  487.     }    
  488.    
  489.     // 新增Entry。将“key-value”插入指定位置，bucketIndex是位置索引。    
  490.     void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {    
  491.         // 保存“bucketIndex”位置的值到“e”中    
  492.         Entry<K,V> e = table[bucketIndex];    
  493.         // 设置“bucketIndex”位置的元素为“新Entry”，    
  494.         // 设置“e”为“新Entry的下一个节点”    
  495.         table[bucketIndex] = new Entry<K,V>(hash, key, value, e);    
  496.         // 若HashMap的实际大小 不小于 “阈值”，则调整HashMap的大小    
  497.         if (size++ >= threshold)    
  498.             resize(2 * table.length);    
  499.     }    
  500.    
  501.     // 创建Entry。将“key-value”插入指定位置。    
  502.     void createEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {    
  503.         // 保存“bucketIndex”位置的值到“e”中    
  504.         Entry<K,V> e = table[bucketIndex];    
  505.         // 设置“bucketIndex”位置的元素为“新Entry”，    
  506.         // 设置“e”为“新Entry的下一个节点”    
  507.         table[bucketIndex] = new Entry<K,V>(hash, key, value, e);    
  508.         size++;    
  509.     }    
  510.    
  511.     // HashIterator是HashMap迭代器的抽象出来的父类，实现了公共了函数。    
  512.     // 它包含“key迭代器(KeyIterator)”、“Value迭代器(ValueIterator)”和“Entry迭代器(EntryIterator)”3个子类。    
  513.     private abstract class HashIterator<E> implements Iterator<E> {    
  514.         // 下一个元素    
  515.         Entry<K,V> next;    
  516.         // expectedModCount用于实现fast-fail机制。    
  517.         int expectedModCount;    
  518.         // 当前索引    
  519.         int index;    
  520.         // 当前元素    
  521.         Entry<K,V> current;    
  522.    
  523.         HashIterator() {    
  524.             expectedModCount = modCount;    
  525.             if (size > 0) { // advance to first entry    
  526.                 Entry[] t = table;    
  527.                 // 将next指向table中第一个不为null的元素。    
  528.                 // 这里利用了index的初始值为0，从0开始依次向后遍历，直到找到不为null的元素就退出循环。    
  529.                 while (index < t.length && (next = t[index++]) == null)    
  530.                     ;    
  531.             }    
  532.         }    
  533.    
  534.         public final boolean hasNext() {    
  535.             return next != null;    
  536.         }    
  537.    
  538.         // 获取下一个元素    
  539.         final Entry<K,V> nextEntry() {    
  540.             if (modCount != expectedModCount)    
  541.                 throw new ConcurrentModificationException();    
  542.             Entry<K,V> e = next;    
  543.             if (e == null)    
  544.                 throw new NoSuchElementException();    
  545.    
  546.             // 注意！！！    
  547.             // 一个Entry就是一个单向链表    
  548.             // 若该Entry的下一个节点不为空，就将next指向下一个节点;    
  549.             // 否则，将next指向下一个链表(也是下一个Entry)的不为null的节点。    
  550.             if ((next = e.next) == null) {    
  551.                 Entry[] t = table;    
  552.                 while (index < t.length && (next = t[index++]) == null)    
  553.                     ;    
  554.             }    
  555.             current = e;    
  556.             return e;    
  557.         }    
  558.    
  559.         // 删除当前元素    
  560.         public void remove() {    
  561.             if (current == null)    
  562.                 throw new IllegalStateException();    
  563.             if (modCount != expectedModCount)    
  564.                 throw new ConcurrentModificationException();    
  565.             Object k = current.key;    
  566.             current = null;    
  567.             HashMap.this.removeEntryForKey(k);    
  568.             expectedModCount = modCount;    
  569.         }    
  570.    
  571.     }    
  572.    
  573.     // value的迭代器    
  574.     private final class ValueIterator extends HashIterator<V> {    
  575.         public V next() {    
  576.             return nextEntry().value;    
  577.         }    
  578.     }    
  579.    
  580.     // key的迭代器    
  581.     private final class KeyIterator extends HashIterator<K> {    
  582.         public K next() {    
  583.             return nextEntry().getKey();    
  584.         }    
  585.     }    
  586.    
  587.     // Entry的迭代器    
  588.     private final class EntryIterator extends HashIterator<Map.Entry<K,V>> {    
  589.         public Map.Entry<K,V> next() {    
  590.             return nextEntry();    
  591.         }    
  592.     }    
  593.    
  594.     // 返回一个“key迭代器”    
  595.     Iterator<K> newKeyIterator()   {    
  596.         return new KeyIterator();    
  597.     }    
  598.     // 返回一个“value迭代器”    
  599.     Iterator<V> newValueIterator()   {    
  600.         return new ValueIterator();    
  601.     }    
  602.     // 返回一个“entry迭代器”    
  603.     Iterator<Map.Entry<K,V>> newEntryIterator()   {    
  604.         return new EntryIterator();    
  605.     }    
  606.    
  607.     // HashMap的Entry对应的集合    
  608.     private transient Set<Map.Entry<K,V>> entrySet = null;    
  609.    
  610.     // 返回“key的集合”，实际上返回一个“KeySet对象”    
  611.     public Set<K> keySet() {    
  612.         Set<K> ks = keySet;    
  613.         return (ks != null ? ks : (keySet = new KeySet()));    
  614.     }    
  615.    
  616.     // Key对应的集合    
  617.     // KeySet继承于AbstractSet，说明该集合中没有重复的Key。    
  618.     private final class KeySet extends AbstractSet<K> {    
  619.         public Iterator<K> iterator() {    
  620.             return newKeyIterator();    
  621.         }    
  622.         public int size() {    
  623.             return size;    
  624.         }    
  625.         public boolean contains(Object o) {    
  626.             return containsKey(o);    
  627.         }    
  628.         public boolean remove(Object o) {    
  629.             return HashMap.this.removeEntryForKey(o) != null;    
  630.         }    
  631.         public void clear() {    
  632.             HashMap.this.clear();    
  633.         }    
  634.     }    
  635.    
  636.     // 返回“value集合”，实际上返回的是一个Values对象    
  637.     public Collection<V> values() {    
  638.         Collection<V> vs = values;    
  639.         return (vs != null ? vs : (values = new Values()));    
  640.     }    
  641.    
  642.     // “value集合”    
  643.     // Values继承于AbstractCollection，不同于“KeySet继承于AbstractSet”，    
  644.     // Values中的元素能够重复。因为不同的key可以指向相同的value。    
  645.     private final class Values extends AbstractCollection<V> {    
  646.         public Iterator<V> iterator() {    
  647.             return newValueIterator();    
  648.         }    
  649.         public int size() {    
  650.             return size;    
  651.         }    
  652.         public boolean contains(Object o) {    
  653.             return containsValue(o);    
  654.         }    
  655.         public void clear() {    
  656.             HashMap.this.clear();    
  657.         }    
  658.     }    
  659.    
  660.     // 返回“HashMap的Entry集合”    
  661.     public Set<Map.Entry<K,V>> entrySet() {    
  662.         return entrySet0();    
  663.     }    
  664.    
  665.     // 返回“HashMap的Entry集合”，它实际是返回一个EntrySet对象    
  666.     private Set<Map.Entry<K,V>> entrySet0() {    
  667.         Set<Map.Entry<K,V>> es = entrySet;    
  668.         return es != null ? es : (entrySet = new EntrySet());    
  669.     }    
  670.    
  671.     // EntrySet对应的集合    
  672.     // EntrySet继承于AbstractSet，说明该集合中没有重复的EntrySet。    
  673.     private final class EntrySet extends AbstractSet<Map.Entry<K,V>> {    
  674.         public Iterator<Map.Entry<K,V>> iterator() {    
  675.             return newEntryIterator();    
  676.         }    
  677.         public boolean contains(Object o) {    
  678.             if (!(o instanceof Map.Entry))    
  679.                 return false;    
  680.             Map.Entry<K,V> e = (Map.Entry<K,V>) o;    
  681.             Entry<K,V> candidate = getEntry(e.getKey());    
  682.             return candidate != null && candidate.equals(e);    
  683.         }    
  684.         public boolean remove(Object o) {    
  685.             return removeMapping(o) != null;    
  686.         }    
  687.         public int size() {    
  688.             return size;    
  689.         }    
  690.         public void clear() {    
  691.             HashMap.this.clear();    
  692.         }    
  693.     }    
  694.    
  695.     // java.io.Serializable的写入函数    
  696.     // 将HashMap的“总的容量，实际容量，所有的Entry”都写入到输出流中    
  697.     private void writeObject(java.io.ObjectOutputStream s)    
  698.         throws IOException    
  699.     {    
  700.         Iterator<Map.Entry<K,V>> i =    
  701.             (size > 0) ? entrySet0().iterator() : null;    
  702.    
  703.         // Write out the threshold, loadfactor, and any hidden stuff    
  704.         s.defaultWriteObject();    
  705.    
  706.         // Write out number of buckets    
  707.         s.writeInt(table.length);    
  708.    
  709.         // Write out size (number of Mappings)    
  710.         s.writeInt(size);    
  711.    
  712.         // Write out keys and values (alternating)    
  713.         if (i != null) {    
  714.             while (i.hasNext()) {    
  715.             Map.Entry<K,V> e = i.next();    
  716.             s.writeObject(e.getKey());    
  717.             s.writeObject(e.getValue());    
  718.             }    
  719.         }    
  720.     }    
  721.    
  722.    
  723.     private static final long serialVersionUID = 362498820763181265L;    
  724.    
  725.     // java.io.Serializable的读取函数：根据写入方式读出    
  726.     // 将HashMap的“总的容量，实际容量，所有的Entry”依次读出    
  727.     private void readObject(java.io.ObjectInputStream s)    
  728.          throws IOException, ClassNotFoundException    
  729.     {    
  730.         // Read in the threshold, loadfactor, and any hidden stuff    
  731.         s.defaultReadObject();    
  732.    
  733.         // Read in number of buckets and allocate the bucket array;    
  734.         int numBuckets = s.readInt();    
  735.         table = new Entry[numBuckets];    
  736.    
  737.         init();  // Give subclass a chance to do its thing.    
  738.    
  739.         // Read in size (number of Mappings)    
  740.         int size = s.readInt();    
  741.    
  742.         // Read the keys and values, and put the mappings in the HashMap    
  743.         for (int i=0; i<size; i++) {    
  744.             K key = (K) s.readObject();    
  745.             V value = (V) s.readObject();    
  746.             putForCreate(key, value);    
  747.         }    
  748.     }    
  749.    
  750.     // 返回“HashMap总的容量”    
  751.     int   capacity()     { return table.length; }    
  752.     // 返回“HashMap的加载因子”    
  753.     float loadFactor()   { return loadFactor;   }    
  754. }   



几点总结

    1、首先要清楚HashMap的存储结构，如下图所示：

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    图中，紫色部分即代表哈希表，也称为哈希数组，数组的每个元素都是一个单链表的头节点，链表是用来解决冲突的，如果不同的key映射到了数组的同一位置处，就将其放入单链表中。

    2、首先看链表中节点的数据结构：

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  1. // Entry是单向链表。    
  2. // 它是 “HashMap链式存储法”对应的链表。    
  3. // 它实现了Map.Entry 接口，即实现getKey(), getValue(), setValue(V value), equals(Object o), hashCode()这些函数    
  4. static class Entry<K,V> implements Map.Entry<K,V> {    
  5.     final K key;    
  6.     V value;    
  7.     // 指向下一个节点    
  8.     Entry<K,V> next;    
  9.     final int hash;    
  10.   
  11.     // 构造函数。    
  12.     // 输入参数包括"哈希值(h)", "键(k)", "值(v)", "下一节点(n)"    
  13.     Entry(int h, K k, V v, Entry<K,V> n) {    
  14.         value = v;    
  15.         next = n;    
  16.         key = k;    
  17.         hash = h;    
  18.     }    
  19.   
  20.     public final K getKey() {    
  21.         return key;    
  22.     }    
  23.   
  24.     public final V getValue() {    
  25.         return value;    
  26.     }    
  27.   
  28.     public final V setValue(V newValue) {    
  29.         V oldValue = value;    
  30.         value = newValue;    
  31.         return oldValue;    
  32.     }    
  33.   
  34.     // 判断两个Entry是否相等    
  35.     // 若两个Entry的“key”和“value”都相等，则返回true。    
  36.     // 否则，返回false    
  37.     public final boolean equals(Object o) {    
  38.         if (!(o instanceof Map.Entry))    
  39.             return false;    
  40.         Map.Entry e = (Map.Entry)o;    
  41.         Object k1 = getKey();    
  42.         Object k2 = e.getKey();    
  43.         if (k1 == k2 || (k1 != null && k1.equals(k2))) {    
  44.             Object v1 = getValue();    
  45.             Object v2 = e.getValue();    
  46.             if (v1 == v2 || (v1 != null && v1.equals(v2)))    
  47.                 return true;    
  48.         }    
  49.         return false;    
  50.     }    
  51.   
  52.     // 实现hashCode()    
  53.     public final int hashCode() {    
  54.         return (key==null   ? 0 : key.hashCode()) ^    
  55.                (value=http://www.mamicode.com/=null ? 0 : value.hashCode());    
  56.     }    
  57.   
  58.     public final String toString() {    
  59.         return getKey() + "=" + getValue();    
  60.     }    
  61.   
  62.     // 当向HashMap中添加元素时，绘调用recordAccess()。    
  63.     // 这里不做任何处理    
  64.     void recordAccess(HashMap<K,V> m) {    
  65.     }    
  66.   
  67.     // 当从HashMap中删除元素时，绘调用recordRemoval()。    
  68.     // 这里不做任何处理    
  69.     void recordRemoval(HashMap<K,V> m) {    
  70.     }    
  71. }    

    它的结构元素除了key、value、hash外，还有next，next指向下一个节点。另外，这里覆写了equals和hashCode方法来保证键值对的独一无二。

    3、HashMap共有四个构造方法。构造方法中提到了两个很重要的参数：初始容量和加载因子。这两个参数是影响HashMap性能的重要参数，其中容量表示哈希表中槽的数量（即哈希数组的长度），初始容量是创建哈希表时的容量（从构造函数中可以看出，如果不指明，则默认为16），加载因子是哈希表在其容量自动增加之前可以达到多满的一种尺度，当哈希表中的条目数超出了加载因子与当前容量的乘积时，则要对该哈希表进行 resize 操作（即扩容）。

    下面说下加载因子，如果加载因子越大，对空间的利用更充分，但是查找效率会降低（链表长度会越来越长）；如果加载因子太小，那么表中的数据将过于稀疏（很多空间还没用，就开始扩容了），对空间造成严重浪费。如果我们在构造方法中不指定，则系统默认加载因子为0.75，这是一个比较理想的值，一般情况下我们是无需修改的。

    另外，无论我们指定的容量为多少，构造方法都会将实际容量设为不小于指定容量的2的次方的一个数，且最大值不能超过2的30次方

    4、HashMap中key和value都允许为null。

    5、要重点分析下HashMap中用的最多的两个方法put和get。先从比较简单的get方法着手，源码如下：

 

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  1. // 获取key对应的value    
  2. public V get(Object key) {    
  3.     if (key == null)    
  4.         return getForNullKey();    
  5.     // 获取key的hash值    
  6.     int hash = hash(key.hashCode());    
  7.     // 在“该hash值对应的链表”上查找“键值等于key”的元素    
  8.     for (Entry<K,V> e = table[indexFor(hash, table.length)];    
  9.          e != null;    
  10.          e = e.next) {    
  11.         Object k;    
  12. /判断key是否相同  
  13.         if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k)))    
  14.             return e.value;    
  15.     }  
  16. 没找到则返回null  
  17.     return null;    
  18. }    
  19.   
  20. // 获取“key为null”的元素的值    
  21. // HashMap将“key为null”的元素存储在table[0]位置，但不一定是该链表的第一个位置！    
  22. private V getForNullKey() {    
  23.     for (Entry<K,V> e = table[0]; e != null; e = e.next) {    
  24.         if (e.key == null)    
  25.             return e.value;    
  26.     }    
  27.     return null;    
  28. }    

    首先，如果key为null，则直接从哈希表的第一个位置table[0]对应的链表上查找。记住，key为null的键值对永远都放在以table[0]为头结点的链表中，当然不一定是存放在头结点table[0]中。

    如果key不为null，则先求的key的hash值，根据hash值找到在table中的索引，在该索引对应的单链表中查找是否有键值对的key与目标key相等，有就返回对应的value，没有则返回null。

    put方法稍微复杂些，代码如下：

 

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  1.   // 将“key-value”添加到HashMap中    
  2.   public V put(K key, V value) {    
  3.       // 若“key为null”，则将该键值对添加到table[0]中。    
  4.       if (key == null)    
  5.           return putForNullKey(value);    
  6.       // 若“key不为null”，则计算该key的哈希值，然后将其添加到该哈希值对应的链表中。    
  7.       int hash = hash(key.hashCode());    
  8.       int i = indexFor(hash, table.length);    
  9.       for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) {    
  10.           Object k;    
  11.           // 若“该key”对应的键值对已经存在，则用新的value取代旧的value。然后退出！    
  12.           if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {    
  13.               V oldValue = e.value;    
  14.               e.value = value;    
  15.               e.recordAccess(this);    
  16.               return oldValue;    
  17.           }    
  18.       }    
  19.   
  20.       // 若“该key”对应的键值对不存在，则将“key-value”添加到table中    
  21.       modCount++;  
  22. //将key-value添加到table[i]处  
  23.       addEntry(hash, key, value, i);    
  24.       return null;    
  25.   }   

    如果key为null，则将其添加到table[0]对应的链表中，putForNullKey的源码如下：

 

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  1. // putForNullKey()的作用是将“key为null”键值对添加到table[0]位置    
  2. private V putForNullKey(V value) {    
  3.     for (Entry<K,V> e = table[0]; e != null; e = e.next) {    
  4.         if (e.key == null) {    
  5.             V oldValue = e.value;    
  6.             e.value = value;    
  7.             e.recordAccess(this);    
  8.             return oldValue;    
  9.         }    
  10.     }    
  11.     // 如果没有存在key为null的键值对，则直接题阿见到table[0]处!    
  12.     modCount++;    
  13.     addEntry(0, null, value, 0);    
  14.     return null;    
  15. }   

    如果key不为null，则同样先求出key的hash值，根据hash值得出在table中的索引，而后遍历对应的单链表，如果单链表中存在与目标key相等的键值对，则将新的value覆盖旧的value，比将旧的value返回，如果找不到与目标key相等的键值对，或者该单链表为空，则将该键值对插入到改单链表的头结点位置（每次新插入的节点都是放在头结点的位置），该操作是有addEntry方法实现的，它的源码如下：

 

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  1. // 新增Entry。将“key-value”插入指定位置，bucketIndex是位置索引。    
  2. void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {    
  3.     // 保存“bucketIndex”位置的值到“e”中    
  4.     Entry<K,V> e = table[bucketIndex];    
  5.     // 设置“bucketIndex”位置的元素为“新Entry”，    
  6.     // 设置“e”为“新Entry的下一个节点”    
  7.     table[bucketIndex] = new Entry<K,V>(hash, key, value, e);    
  8.     // 若HashMap的实际大小 不小于 “阈值”，则调整HashMap的大小    
  9.     if (size++ >= threshold)    
  10.         resize(2 * table.length);    
  11. }    

    注意这里倒数第三行的构造方法，将key-value键值对赋给table[bucketIndex]，并将其next指向元素e，这便将key-value放到了头结点中，并将之前的头结点接在了它的后面。该方法也说明，每次put键值对的时候，总是将新的该键值对放在table[bucketIndex]处（即头结点处）。

    两外注意最后两行代码，每次加入键值对时，都要判断当前已用的槽的数目是否大于等于阀值（容量*加载因子），如果大于等于，则进行扩容，将容量扩为原来容量的2倍。

    6、关于扩容。上面我们看到了扩容的方法，resize方法，它的源码如下：

 

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  1. // 重新调整HashMap的大小，newCapacity是调整后的单位    
  2. void resize(int newCapacity) {    
  3.     Entry[] oldTable = table;    
  4.     int oldCapacity = oldTable.length;    
  5.     if (oldCapacity == MAXIMUM_CAPACITY) {    
  6.         threshold = Integer.MAX_VALUE;    
  7.         return;    
  8.     }    
  9.   
  10.     // 新建一个HashMap，将“旧HashMap”的全部元素添加到“新HashMap”中，    
  11.     // 然后，将“新HashMap”赋值给“旧HashMap”。    
  12.     Entry[] newTable = new Entry[newCapacity];    
  13.     transfer(newTable);    
  14.     table = newTable;    
  15.     threshold = (int)(newCapacity * loadFactor);    
  16. }    

    很明显，是新建了一个HashMap的底层数组，而后调用transfer方法，将就HashMap的全部元素添加到新的HashMap中（要重新计算元素在新的数组中的索引位置）。transfer方法的源码如下：

 

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  1. // 将HashMap中的全部元素都添加到newTable中    
  2. void transfer(Entry[] newTable) {    
  3.     Entry[] src = table;    
  4.     int newCapacity = newTable.length;    
  5.     for (int j = 0; j < src.length; j++) {    
  6.         Entry<K,V> e = src[j];    
  7.         if (e != null) {    
  8.             src[j] = null;    
  9.             do {    
  10.                 Entry<K,V> next = e.next;    
  11.                 int i = indexFor(e.hash, newCapacity);    
  12.                 e.next = newTable[i];    
  13.                 newTable[i] = e;    
  14.                 e = next;    
  15.             } while (e != null);    
  16.         }    
  17.     }    
  18. }    

    很明显，扩容是一个相当耗时的操作，因为它需要重新计算这些元素在新的数组中的位置并进行复制处理。因此，我们在用HashMap的时，最好能提前预估下HashMap中元素的个数，这样有助于提高HashMap的性能。

    7、注意containsKey方法和containsValue方法。前者直接可以通过key的哈希值将搜索范围定位到指定索引对应的链表，而后者要对哈希数组的每个链表进行搜索。

    8、我们重点来分析下求hash值和索引值的方法，这两个方法便是HashMap设计的最为核心的部分，二者结合能保证哈希表中的元素尽可能均匀地散列。

    计算哈希值的方法如下：

 

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  1. static int hash(int h) {  
  2.         h ^= (h >>> 20) ^ (h >>> 12);  
  3.         return h ^ (h >>> 7) ^ (h >>> 4);  
  4.     }  

    它只是一个数学公式，IDK这样设计对hash值的计算，自然有它的好处，至于为什么这样设计，我们这里不去追究，只要明白一点，用的位的操作使hash值的计算效率很高。

    由hash值找到对应索引的方法如下：

 

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  1. static int indexFor(int h, int length) {  
  2.         return h & (length-1);  
  3.     }  

    这个我们要重点说下，我们一般对哈希表的散列很自然地会想到用hash值对length取模（即除法散列法），Hashtable中也是这样实现的，这种方法基本能保证元素在哈希表中散列的比较均匀，但取模会用到除法运算，效率很低，HashMap中则通过h&(length-1)的方法来代替取模，同样实现了均匀的散列，但效率要高很多，这也是HashMap对Hashtable的一个改进。    接下来，我们分析下为什么哈希表的容量一定要是2的整数次幂。首先，length为2的整数次幂的话，h&(length-1)就相当于对length取模，这样便保证了散列的均匀，同时也提升了效率；其次，length为2的整数次幂的话，为偶数，这样length-1为奇数，奇数的最后一位是1，这样便保证了h&(length-1)的最后一位可能为0，也可能为1（这取决于h的值），即与后的结果可能为偶数，也可能为奇数，这样便可以保证散列的均匀性，而如果length为奇数的话，很明显length-1为偶数，它的最后一位是0，这样h&(length-1)的最后一位肯定为0，即只能为偶数，这样任何hash值都只会被散列到数组的偶数下标位置上，这便浪费了近一半的空间，因此，length取2的整数次幂，是为了使不同hash值发生碰撞的概率较小，这样就能使元素在哈希表中均匀地散列。

转：【Java集合源码剖析】HashMap源码剖析


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