HashMap源码解析（一）

Love The Way You Lie 2022-03-22 12:54 380阅读 0赞

本文以jdk1.8为例分析HashMap，不考虑和以前版本的比较。  
1、成员变量

/**
         * The default initial capacity - MUST be a power of two.
         */
        static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; // aka 16

HashMap的默认大小值（也即是16）。其中注释提到了，大小必须是2的次幂，原因简单来说是为了防止哈希冲突，保证分布均匀，详细解释可以参考这篇文章https://blog.csdn.net/zjcjava/article/details/78495416 这里只做一个文字说明：  
hashmap是以数组存储，数组的索引是存储的key的hash值和（数组大小-1）求与运算，假设hashmap的大小是2的次幂，那么这个值减1的二进制后几位上的值都会是1，这就保证了它和key的hash值求与运算的时候，key的hash值后几位是保持不变的，这样，只要输入的key值是均匀的，那么最后在hashmap中存储的结果其分布就是均匀的。

/**
         * The load factor used when none specified in constructor.
         */
        static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;

DEFAULT\_LOAD\_FACTOR 装载因子，默认为0.75，指的是当使用空间大于容量的0.75倍时，就会进行扩容，至于为什么会是0.75这个值，可自行百度或参考https://www.jianshu.com/p/64f6de3ffcc1。

/**
         * The bin count threshold for using a tree rather than list for a
         * bin.  Bins are converted to trees when adding an element to a
         * bin with at least this many nodes. The value must be greater
         * than 2 and should be at least 8 to mesh with assumptions in
         * tree removal about conversion back to plain bins upon
         * shrinkage.
         */
        static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8;

TREEIFY\_THRESHOLD 涉及到jdk对hashmap进行的一次优化：hashmap底层以数组存储，而每个数组元素又以链表的形式存在，如果链表的长度大于TREEIFY\_THRESHOLD 这个值，链表结构就会转化为树结构。  
2、静态内部类

/**
         * Basic hash bin node, used for most entries.  (See below for
         * TreeNode subclass, and in LinkedHashMap for its Entry subclass.)
         */
        static class Node<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
            final int hash;
            final K key;
            V value;
            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;
            }
    
            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;
            }
        }

定义了hashmap的存储单元，也即是底层数组的存储类型。  
3、构造函数

/**
         * Constructs an empty <tt>HashMap</tt> with the specified initial
         * capacity and load factor.
         *
         * @param  initialCapacity the initial capacity
         * @param  loadFactor      the load factor
         * @throws IllegalArgumentException if the initial capacity is negative
         *         or the load factor is nonpositive
         */
        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);
        }

initialCapacity参数，初始容量，需要注意的是这个参数并不是用来初始化hashmap底层数组大小的，而是作为一个阈值：当hashmap中的元素个数大于这个值的时候，数组就会进行扩容（这和上面提到的DEFAULT\_LOAD\_FACTOR参数作用并不矛盾，DEFAULT\_LOAD\_FACTOR参数也是用来计算threshold值的）。

4、主要方法  
4.1 hash方法

static final int hash(Object key) {
            int h;
            return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
        }

因为底层数组的下标是由key（hash）值的低位决定的，所以hashmap提供的hash方法中，将高位的值移至低位（int类型32个字节，移动16位正好移动一半） ，然后与原值求异或，这样就保证了得到的值的低位同时具有原来key值的高位和低位的特征。  
4.2 get方法

public V get(Object key) {
            Node<K,V> e;
            return (e = getNode(hash(key), key)) == null ? null : e.value;
        }

首先调用hash方法求出key的hash值，然后调用getNode方法：

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) {
                if (first.hash == hash && // always check first node
                    ((k = first.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                    return first;
                if ((e = first.next) != null) {
                    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;
        }

getNode方法中，首先根据传入的hash值得到数组索引：(n - 1) & hash（之所以索引这样计算，是为了尽量保证存储分布均匀），找到对应数组中的元素，然后遍历元素的每个节点，返回正确的值。其中链表的遍历和树是分开（数组的每个成员要么是链表结构，要么是树结构，不会有其他的结构），链表的遍历比较简单，利用do…while循环，依次找下去即可；树的遍历是首先找到根节点，然后从上向下寻找（树的这一部分稍后讲解）。  
4.3 containsKey方法

public boolean containsKey(Object key) {
            return getNode(hash(key), key) != null;
        }

依旧是调用的getNode方法。