HashMap在Java中，基于散列表（hash table）实现的。其特性如下：
- HashMap以数组的形式存储对象，使用hash散列函数获取元素的key的hash值，然后，根据hash值获取数组的index值。
- HashMap使用分离链接法存储节点hash冲突的元素，使用基于单链表Node和基于红黑树的TreeNode两种方式，存储hash冲突的对象。TREEIFY_THRESHOLD和UNTREEIFY_THRESHOLD的值，定义Node与TreeNode的相互转换操作。
- 使用loadFactor定义填充因子，默认值为0.75，当添加元素的个数大于loadFactor设置的值，则就HashMap就需要扩容。
- 被加载的对象在java中必须实现int hashCode()方法和boolean equals(Object obj)方法。hashCode获取对象的散列值，equals方法比较对象大小。
- 节点定义
HashMap中存储对象的节点包括Node基于单链表和TreeNode基于红黑树，TreeNode继承自Node。默认元素hash冲突时，元素存储在Node链表中，当Node链表中存储的个数大于默认的TREEIFY_THRESHOLD值时，存储hash冲突的表会使用TreeNode树存储。Node基于单链表方式，其的源码如下：
/**
* HashMap的节点定义
*/
static class Node<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
// 缓存key的hash值，rehash时，避免计算浪费时间
final int hash;
final K key;
V value;
// hash冲突时，以单链表存储对象
Node<K,V> next;
Node(int hash, K key, V value, Node<K,V> next) {
this.hash = hash;
this.key = key;
this.value = value;
this.next = next;
}
......
}TreeNode基于红黑树（其原理可以参考红黑树（red black tree）-分分钟钟被安排地明明白白）的方式实现，其源码定义如下：
/**
* 红黑树节点
*/
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
// 是否为红色
boolean red;
TreeNode(int hash, K key, V val, Node<K,V> next) {
super(hash, key, val, next);
}
}- 属性定义
在HashMap中，其主要的属性定义如下：
- Node<K,V>[] table，以节点数组的形式，存储数据。默认在添加的值的时候设置大小，其大小为16。
- size，存储对象的大小。
- loadFactor，填充因子，当集合中存储的对象大于设置的填充因子值，则进行扩容和rehash操作。
其源代码如下：
public class HashMap<K,V> extends AbstractMap<K,V>
implements Map<K,V>, Cloneable, Serializable {
/**
* 默认的集合容量，值为16
*/
static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; // aka 16
/**
* 最大的集合容量
*/
static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;
/**
* 集合负载因子
*/
static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;
/**
* 使用红黑树tree替换单链表存储hash冲突的阈值
*/
static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8;
/**
* 使用单链表替换红黑树tree存储hash冲突的阈值
*/
static final int UNTREEIFY_THRESHOLD = 6;
/**
* 当Map里面的数量超过这个值时，才能进行树形化 ，否则进行扩容
*/
static final int MIN_TREEIFY_CAPACITY = 64;
/**
* 存储数据的节点数组
*/
transient Node<K,V>[] table;
/**
* Holds cached entrySet(). Note that AbstractMap fields are used
* for keySet() and values().
*/
transient Set<Map.Entry<K,V>> entrySet;
/**
* 存储元素大小
*/
transient int size;
/**
* 修改次数
*/
transient int modCount;
/**
* 需要扩容的元素个数
*/
int threshold;
/**
*填充因子
*/
final float loadFactor;
......
}
- put和get方法介绍
重点介绍下HashMap集合的put和get方法。添加新的元素，大致的流程如下：
- 以key的hash值，计算其在table数组中的位置，并设置到Node节点中。
- 判断元素hash是否冲突，没有冲突则元素直接添加到table数组，反之，则添加值到Node单链表中。当添加到Node单链表中hash冲突的元素个数大于TREEIFY_THRESHOLD设置的个数，则使用红黑树TreeNode存储元素。
- 判断集合存储的大小是否大于负载因子设置的个数，如果大于则进行扩容。扩容很消耗时间，使用中尽量开始初始化结合大小。
put方法源码如下：
public class HashMap<K,V> extends AbstractMap<K,V>
implements Map<K,V>, Cloneable, Serializable {
/**
* 添加key和value值
*/
public V put(K key, V value) {
// hash(key)计算key的hash值
return putVal(hash(key), key, value, false, true);
}
/**
* 计算key的hash
*/
static final int hash(Object key) {
int h;
return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
}
/**
* 添加值
*/
final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,
boolean evict) {
Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, i;
if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
n = (tab = resize()).length;
// 如果没有初始化table大小，则在添加元素时初始化大小，默认值为16
if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
else {
Node<K,V> e; K k;
// 如果元素存在，并且hash值相同并且key也相同，则替换原值
if (p.hash == hash &&
((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
e = p;
// 树形节点，则往树中添加节点
else if (p instanceof TreeNode)
e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
else {
for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
// 单链表后添加元素
if ((e = p.next) == null) {
p.next = newNode(hash, key, value, null);
// 单链表存储元素的数量大于TREEIFY_THRESHOLD设置的值，则使用红黑树存储
if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st
treeifyBin(tab, hash);
break;
}
if (e.hash == hash &&
((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
break;
p = e;
}
}
if (e != null) { // existing mapping for key
V oldValue = e.value;
if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
e.value = value;
afterNodeAccess(e);
return oldValue;
}
}
++modCount;
// 如果集合存储元素大小大于负载因子允许的限制，则集合扩容
if (++size > threshold)
resize();
afterNodeInsertion(evict);
return null;
}
/**
* 使用红黑树TreeNode替换单链表Node存储hash冲突元素
*/
final void treeifyBin(Node<K,V>[] tab, int hash) {
int n, index; Node<K,V> e;
// 如果table的容量小于MIN_TREEIFY_CAPACITY的限制值，则进行扩容
if (tab == null || (n = tab.length) < MIN_TREEIFY_CAPACITY)
resize();
else if ((e = tab[index = (n - 1) & hash]) != null) {
// 使用TreeNode存储
TreeNode<K,V> hd = null, tl = null;
do {
TreeNode<K,V> p = replacementTreeNode(e, null);
if (tl == null)
hd = p;
else {
p.prev = tl;
tl.next = p;
}
tl = p;
} while ((e = e.next) != null);
if ((tab[index] = hd) != null)
hd.treeify(tab);
}
}
}
从HashMap中获取元素，比较简单，其流程如下：
- 对key进行函数hash，根据hash值计算出table数组中元素的位置。
- 如果hash值有冲突，则首先判断冲突表的中第一个元素。然后，从单链表Node或者TreeNode红黑树中获取指定元素。
get方法的源码如下：
/**
* 获取元素
*/
public V get(Object key) {
Node<K,V> e;
return (e = getNode(hash(key), key)) == null ? null : e.value;
}
/**
* 获取节点
*/
final Node<K,V> getNode(int hash, Object key) {
Node<K,V>[] tab; Node<K,V> first, e; int n; K k;
if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 &&
(first = tab[(n - 1) & hash]) != null) {
// 判断第一个元素
if (first.hash == hash && // always check first node
((k = first.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
return first;
// 从单链表中获取元素
if ((e = first.next) != null) {
// 从TreeNode 获取元素
if (first instanceof TreeNode)
return ((TreeNode<K,V>)first).getTreeNode(hash, key);
do {
if (e.hash == hash &&
((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
return e;
} while ((e = e.next) != null);
}
}
return null;
}
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