基于JDK1.7 HashMap源码分析
概述
HashMap是存放键值对的集合，数据结构如下：
- table被称为桶，大小（capacity）始终为2的幂，当发生扩容时，map容量扩大为两倍
- HashMap采用拉链法解决Hash冲突，发生冲突时，新元素采用头插法插入到对应桶的链表中
HashMap有几个重要字段：
- size：HashMap键值对的数量
- capacity：桶数量，即table.length，默认16
- loadFactor：负载因子，度量负载程度，基于时间和空间的权衡，默认0.75
- threshold：阈值，当
size>=threshold将发生扩容，threshold=capacity * loadFactor。
JDK1.7 源码分析
属性
/**
* 默认初始容量 （必须是2的幂）
*/
static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; // aka 16
/**
* 最大容量
*/
static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;
/**
* 默认负载因子
*/
static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;
/**
* 空表
*/
static final Entry<?,?>[] EMPTY_TABLE = {};
/**
* hash table
*/
transient Entry<K,V>[] table = (Entry<K,V>[]) EMPTY_TABLE;
/**
* 键值对数目
*/
transient int size;
/**
* 阈值 (等于capacity * load factor).
*/
int threshold;
/**
* 负载因子
*/
final float loadFactor;
/**
* HashMap 结构性变化次数
* 用于快速失败
*/
transient int modCount;
static final int ALTERNATIVE_HASHING_THRESHOLD_DEFAULT = Integer.MAX_VALUE;
构造函数
/**
* 构造函数
*/
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;
threshold = initialCapacity;
init();
}
/**
* 构造函数，默认负载因子
*/
public HashMap(int initialCapacity) {
this(initialCapacity, DEFAULT_LOAD_FACTOR);
}
/**
* 构造函数，默认初始容量和负载因子
*/
public HashMap() {
this(DEFAULT_INITIAL_CAPACITY, DEFAULT_LOAD_FACTOR);
}
/**
* 构造函数，通过map构造
*/
public HashMap(Map<? extends K, ? extends V> m) {
this(Math.max((int) (m.size() / DEFAULT_LOAD_FACTOR) + 1,
DEFAULT_INITIAL_CAPACITY), DEFAULT_LOAD_FACTOR);
//初始化table
inflateTable(threshold);
//赋值到新map
putAllForCreate(m);
}
Hash函数
Hash函数是获取对象处理后的hash值，为了让hash值散列更加均匀，减少碰撞，
扰动函数（Hash函数）对hashCode进行一些位运算。
/**
* 扰动函数（减少碰撞几率）
*/
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);
}
确定桶下标
确定桶下标的常用方式：hash % table.length，为了提高运行效率，
用位运算替代模运算。
能够这样做的前提，table.length必须是2的幂，这也是table的长度始终是2的幂的原因之一。
/**
* 确定桶下标
*/
static int indexFor(int h, int length) {
// length必须是2的幂
return h & (length-1);
}
Put操作
put
注意HashMap的值比较方法：e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))
public V put(K key, V value) {
//空数组，则分配内存空间（延迟初始化）
if (table == EMPTY_TABLE) {
inflateTable(threshold);
}
//null键处理
if (key == null)
return putForNullKey(value);
int hash = hash(key);
int i = indexFor(hash, table.length);
//若key已经存在，则替换
for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) {
Object k;
//比较值是否相同
if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {
V oldValue = e.value;
e.value = value;
e.recordAccess(this);
return oldValue;
}
}
//key不存在，则新增
modCount++;
addEntry(hash, key, value, i);
return null;
}
inflateTable
HashMap的空间分配不是在构造函数中完成的，而是采用延迟初始化的方式，当第一个元素put时，才会进行空间分配。
private void inflateTable(int toSize) {
// Find a power of 2 >= toSize
int capacity = roundUpToPowerOf2(toSize);
threshold = (int) Math.min(capacity * loadFactor, MAXIMUM_CAPACITY + 1);
//分配空间
table = new Entry[capacity];
initHashSeedAsNeeded(capacity);
}
putForNullKey
HashMap与HashTable的区别其中一点便是，前者key value都可以为null，后者都不能为null。
为null的键存放在table[0]中，即第一个桶。
/**
* null键插入
*/
private V putForNullKey(V value) {
/**
* null键存放在table[0]中（table[0]中不全是null键）
*/
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;
}
}
//计数增加
modCount++;
//添加Entry
addEntry(0, null, value, 0);
return null;
}
扩容
当向HashMap添加一个不存在的key时（即size将增大），添加之前扩容检查。
扩容触发条件为：数量达到阈值并且发生Hash冲突。
扩容本质上，新建一个数组，使用头插法将旧map的元素拷贝到新map中。
addEntry
添加键值对时，检验是否需要扩容。扩容的条件：数量达到阈值并且发生Hash冲突
/**
* 添加Entry
*/
void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
//扩容条件：size大于阈值并且发生碰撞
if ((size >= threshold) && (null != table[bucketIndex])) {
//容量扩为2倍
resize(2 * table.length);
hash = (null != key) ? hash(key) : 0;
//确定新桶下标
bucketIndex = indexFor(hash, table.length);
}
createEntry(hash, key, value, bucketIndex);
}
resize
当扩容时：
- 容量已经达到最大值，仅调整阈值
- 容量未达到最大值，扩大table空间，并将旧map数据添加到新map中
void resize(int newCapacity) {
Entry[] oldTable = table;
int oldCapacity = oldTable.length;
if (oldCapacity == MAXIMUM_CAPACITY) {
//当容量达到最大时，仅调整阈值
threshold = Integer.MAX_VALUE;
return;
}
//扩容
Entry[] newTable = new Entry[newCapacity];
//数据复制
transfer(newTable, initHashSeedAsNeeded(newCapacity));
table = newTable;
threshold = (int)Math.min(newCapacity * loadFactor, MAXIMUM_CAPACITY + 1);
}
transfer
实际上，扩容本质是新建一个数组，然后在把数据复制过去，复制过程中，元素需要重新定位桶标
所以，多次扩容对性能影响很大
void transfer(Entry[] newTable, boolean rehash) {
int newCapacity = newTable.length;
for (Entry<K,V> e : table) {
while(null != e) {
Entry<K,V> next = e.next;
if (rehash) {
e.hash = null == e.key ? 0 : hash(e.key);
}
int i = indexFor(e.hash, newCapacity);
e.next = newTable[i];
newTable[i] = e;
e = next;
}
}
}
createEntry
从Entry的构造函数中next = n;可以看出元素插入链表使用的头插法。
void createEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
//table下标中第一个元素
Entry<K,V> e = table[bucketIndex];
/**
* 构造方法中 next = e; 可见 使用的头插法插入到链表中
*/
table[bucketIndex] = new Entry<>(hash, key, value, e);
size++;
}
Entry(int h, K k, V v, Entry<K,V> n) {
value = v;
next = n;
key = k;
hash = h;
}
get操作
/**
* 获取值
* 返回null有两种可能：1.不存在对应的键值对；2.存在key,但值为null
* 可以通过 {@link #containsKey containsKey} 进行区分
*/
public V get(Object key) {
if (key == null)
//获取key为null的值
return getForNullKey();
Entry<K,V> entry = getEntry(key);
return null == entry ? null : entry.getValue();
}
private V getForNullKey() {
if (size == 0) {
return null;
}
//可见，null的key存放在table[0]中，即第一个桶中
for (Entry<K,V> e = table[0]; e != null; e = e.next) {
if (e.key == null)
return e.value;
}
return null;
}
final Entry<K,V> getEntry(Object key) {
if (size == 0) {
return null;
}
int hash = (key == null) ? 0 : hash(key);
//确定桶下标后，遍历链表
for (Entry<K,V> e = table[indexFor(hash, table.length)];
e != null;
e = e.next) {
Object k;
//判断key是否相等。先比较的hash值，再比较的地址，最后比较equals
if (e.hash == hash &&
((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
return e;
}
return null;
}