太硬核了！这篇HashMap源码分析，绝对可以堪称为圣经

超、凢脫俗 2022-10-06 13:53 63阅读 0赞

# 一、前言 #

本篇是继硬核ArrayList源码分析，答应我每天看一遍好么之后进行的第二篇源码分析；学完本篇你将对hashMap的结构和方法有个全面的了解；面试自己有多强，超人都不知道；比如HashMap的扩容机制，最大容量是多少，HashMap链表是如何转到红黑树，HashMap为什么线程不安全，HashMap的key,value是否能null值等等；

# 二、源码分析 #

**2.1 官方说明实践**

*  官方说\*\*HashMap实现了Map接口，拥有所有的Map操作；并且允许key,value都为null；\*\*实践一下是不是这样子；

public static void main(String[] args) {
            HashMap<String, Object> map = new HashMap<>();
            map.put(null,null);
            System.out.println(map);//{null=null}
        }

果然如此没有报错；再加一个null的key和value看看；不贴代码了，最终输出还是一个\{null=null\}；说明HashMap的key是唯一的；？怎么保证key唯一后面继续分析；

*  继续看官方说明，HashMap与HashTable不同之处是，HashMap不同步，HashTable不允许key，value为null；实践一下

public static void main(String[] args) {
            Hashtable hashtable = new Hashtable();
            hashtable.put(null,null);
        }

控制台红了啊！！！输出内容如下，震惊，HashTable的key，value真的不能为null；

{null=null}Exception in thread "main" 
    java.lang.NullPointerException
    	at java.util.Hashtable.put(Hashtable.java:459)
    	at test.HashMapTest.main(HashMapTest.java:17)
    
    Process finished with exit code 1

点击源码看看，**HashTable的put方法特大号的Make开头确保key,value不能为null，synchronized修饰**；人生值得怀疑一下，因为知识追寻者以前都没用过Hashtable耍代码；

public synchronized V put(K key, V value) {
            // Make sure the value is not null
            if (value == null) {
                throw new NullPointerException();
            }
    
            // Makes sure the key is not already in the hashtable.
            Entry<?,?> tab[] = table;
            int hash = key.hashCode();
            int index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;

*  继续看官方说明，**HashMap无法保证Map中内容的顺序**；再次动手实践一下，如果如此，到底啥原有让map顺序不一致呢？后续分析

public static void main(String[] args) {
            HashMap<String, Object> map = new HashMap<>();
            map.put("清晨","娃哭了");
            map.put("中午","娃饿了");
            map.put("晚上","娃不想睡觉了");
            System.out.println(map);//{中午=娃饿了, 晚上=娃不想睡觉了, 清晨=娃哭了}
        }

后续的官方说明就不是单单能几句话可以描述得懂了，开胃菜完毕，还是看看具体的源码吧，复习的时候记得看下小技巧Tip；

> Tip:
> 
> HashMap允许key和value都为null;key具有唯一性；
> 
> HashMap与HashTable不同之处是，HashMap不同步，HashTable不允许key，value为null；
> 
> HashMap无法保证Map中内容的顺序

**2.2 空参构造方法分析**

测试代码

public static void main(String[] args) {
            HashMap<String, Object> map = new HashMap<>();
        }

构造方法源码如下，发行HashMap 的加载因子loadFactor 的值是默认值0.75；

public HashMap() {//默认因子DEFAULT_LOAD_FACTOR=0.75；初始化容量为16
            this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR; // all other fields defaulted
        }

走了一遍父类如下

> HashMap --> AbstractMap --> Object

看下HashMap的父类图谱，结构倒是很简单对吧；

![image.png][]

看到这边，知识追寻者有2个疑问

问题一 ： 负载因子0.75是什么？

问题二：初始化容量16在哪里？

先回答一下初始化容量16问题，知识追寻者找到成员变量，默认初始化容量字段值为16；而且默认初始化值必须是2的倍数；

static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; // aka 16默认的初始化容量

回答负载因子0.75是指HashMap的一个扩容机制；比如 扩容因子是0.7，假设容量为10；当插入的数据达到第10\*0.7 = 7 时就会发生扩容；那么知识追寻者再计算一下HashMap的扩容算法，0.75 \* 16 = 12；那么也就是插入12 个数之后HashMap会发生扩容；

> Tip： HashMap默认因子0.75；初始化容量16；若给定初始化容量为12，插入12个数之后再插入数据会发生扩容；

**2.3 HashMap实现原理分析**

官方源码的说明如下：**HashMap的实现是由桶和哈希表实现，当桶的容量过于庞大时会转为树节点**(与TreeMap类似，由于TreeMap底层是红黑树实现，故说桶转为红黑树也是对的)；

抛出一个问题什么是桶？

回答桶之前我们先了解一下什么是哈希表（HashTable）

哈希表本质是一个链表数组；经过Hash算法计算后得出的int值找到数组上对应的位置；丢一张图给读者们看看；

![image.png][image.png 1]

知识追寻者真是为读者操碎了心，再丢一个计算hash值的方法给你们；记得温习一下java基础String类的hashCode() 方法；若2个对象相同，hash值相同;若2个字符串内容相同(equals方法),hash值相同；

public static void main(String[] args) {
            int hash_morning = Objects.hashCode("清晨");
            int hash_night = Objects.hashCode("晚上");
            System.out.println("清晨的hash值:"+hash_morning);//清晨的hash值:899331
            System.out.println("晚上的hash值:"+hash_night);//晚上的hash值:832240
    
        }

继续说我们的桶，一个桶就是一个链表中的每个节点，你也可以理解为一个下图中除了tab上的的entry ；看图

![image.png][image.png 2]

当桶的容量达到一定数量后就会转为红黑树，看图

![太硬核了！这篇HashMap源码分析，绝对可以堪称为圣经][HashMap]

看到这边的读者肯定收获良多了，这还是开胃菜而已，进入我们今天的正题，源码分析篇；

**2.4 put方法源码分析**

测试代码

public static void main(String[] args) {
            HashMap<String, Object> map = new HashMap<>();
            map.put("清晨","娃哭了");
            System.out.println(map);
        }

首先进入的是put方法里面包含了putVal方法

public V put(K key, V value) {
            return putVal(hash(key), key, value, false, true);//
        }

先对key进行了一次hash再作为putVal里面的hash

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

看看putVal方法内容，因为只插入一个数据，索引为空的情况不会走else里面内容，知识追寻者这里省略了；

很清晰的可以看见创建了一个节点（Node<K,V>会在下面给出）放入了tab中,tab也很好理解，就是一个存放Node的列表；其索引 i = (容量 - 1) & hash值 ， 本质上就是hash值拿去与的结果，所以是个哈希表；

这边做了个图记录一下

![image.png][image.png 3]

Node代码如下

static class Node<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
            final int hash;//哈希值 key value异或的hash值
            final K key;//键
            V value;//值
            Node<K,V> next;//存放下一个节点
    
            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 int hashCode() {
                return Objects.hashCode(key) ^ Objects.hashCode(value);
            } 
    ...........

知识追寻者又加了一个晚上进去，跑过代码后转为图如下

![太硬核了！这篇HashMap源码分析，绝对可以堪称为圣经][HashMap 1]

这么知识追寻者提出个想法，15的二进制是 1111 ，任何一个key ,value 的哈希值进行异或后得到Node的哈希值再与原来的1111相与 也就是取Node哈希值的二进制的后四位为准；tab的容量为16；存进去一个Node后 size 加1，最多也就是只能存储12个值就会发生扩容；这种情况下**只要hash值相同就会发生碰撞，然后就会进入else方法**，问题产生了，怎么构造2个一样的Node哈希值是个问题; 这边给出了示例如下：

参考链接：blog.csdn.net/hl\_java/art…

public static void main(String[] args) {
             System.out.println(HashMapTest.hash("Aa"));//2112
             System.out.println(HashMapTest.hash("BB"));//2112
         }
        static final int hash(Object key) {
            int h;
            return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
        }

继续试验，发现 key的hash值相同后，会进入else方法，会在原来 AA 这个Node节点属性next添加一个节点存放Bb；哇塞这不就是实现了一个entry链表了么

final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,
                       boolean evict) {//evict =true
            Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, i;// 声明 树数组， 树节点，n,i
            if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)//table 为空
                n = (tab = resize()).length; // resize()是 Node<K,V>[] resize() n 就是node的长度 根据初始容量就是 n=16
            if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null) // i = (16-1) & hash ---> 15 & 哈希值 
                tab[i] = newNode(hash, key, value, null);// 创建新节点,并插入数据
            else {
                Node<K,V> e; K k; // 声明 node k
                if (p.hash == hash && // p这个node 存放 Aa-->a ; hash 2112
                    ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))//这边key内容不相同所以没进入，故不是相同节点
                    e = p;
                else if (p instanceof TreeNode)// 这边 p不是 TreeNode 故没转到红黑树加Node
                    e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
                else {
                    for (int binCount = 0; ; ++binCount) { // 默认 桶的数量为0
                        if ((e = p.next) == null) { // 将p这个Node的下一个节点赋值给e为null；链表的开端哟
                            p.next = newNode(hash, key, value, null);// P创建节点存放BB--> b 
                            // 其中 TREEIFY_THRESHOLD = 8
                            if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st
                                treeifyBin(tab, hash);//树化
                            break;
                        }
                        if (e.hash == hash && //这边还是判定p和 e 是否是同一个Node
                            ((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;//key相同会新值会取代旧值
                    afterNodeAccess(e);
                    return oldValue;
                }
            }
            ++modCount;//集合结构修改次数+1
            if (++size > threshold)// size=1 ; threshold=12
                resize();
            afterNodeInsertion(evict);
            return null;
        }

知识追寻者记录一下，原来key经过hash后如果hash值相同就会在形成一个链表，看代码也知道除了Tab上的第一个Entry,后面每一个Entry的Node都是一个桶；可以看见一个for循环是个无限循环，如果key的hash值相同次数达到8以后就会调用treeifyBin(tab, hash); 知识追寻者又理解了，只要桶的数量达到8后就会将链表节点树化；这就是 数组 + 链表(每个列表的节点就是一个桶) —> 数组 + 红黑树；为什么链表要转为红黑树呢，这就考虑到算法的效率问题，链表时间复杂度o(n)，而红黑树的时间复杂度o(logn)，树的查找效率更高；

![太硬核了！这篇HashMap源码分析，绝对可以堪称为圣经][HashMap 2]

> Tip : hashMap 本质是一串哈希表；哈希表首先由数组 + 链表组成；当hash碰撞后会形成链表，每个链表的节点又是一个桶；当桶的数量达到8之后就会进行树化，将链表转为红黑树，此时HashMap结构就是 数组 + 红黑树 ；如果插入相同的key，新的value会取代旧的value；

**2.5 扩容源码分析**

测试代码

public static void main(String[] args) {
            HashMap<String, Object> map = new HashMap<>(12);
        }

首先进入HashMap初始化代码

public HashMap(int initialCapacity) {
            this(initialCapacity, DEFAULT_LOAD_FACTOR);// 容量12 ，负载因子0.75
        }

进入构造器看看；很简单 就是HashMap的最大容量值是2的30次方；其次由于输入的数字是12不是2的次幂会进行扩容，扩容的结果也很简单就是比输出的值大的2的次幂；比12大的2 的次幂就是16；

public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {//initialCapacity=12，loadFactor=0.75
            if (initialCapacity < 0)//容量小于0，抛出非法参数异常
                throw new IllegalArgumentException("Illegal initial capacity: " +
                                                   initialCapacity);
            if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY)// MAXIMUM_CAPACITY = 1<<30 也就是 2 的30次方 ；记hashMap最大
                initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY;
            if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor)) // loadFactor=0.75>0 ,否则抛出非法参数异常
                throw new IllegalArgumentException("Illegal load factor: " +
                                                   loadFactor);
            this.loadFactor = loadFactor;//负载因子赋值
            this.threshold = tableSizeFor(initialCapacity);// 返回一个2次方长度的容量；此时 threshold = 16
        }

点进入看看tableSizeFor(initialCapacity)是什么；多个无符号右位或操作；其目的就是构造2次幂个1；很简单的计算，读者可以自行计算；

static final int tableSizeFor(int cap) {//cap=12
            int n = cap - 1;// n =11
            n |= n >>> 1;// 11无符号右移 1位的结果与11相或; n=15
            n |= n >>> 2;//n=15
            n |= n >>> 4;//n=15
            n |= n >>> 8;//n=15
            n |= n >>> 16;//n=15
            return (n < 0) ? 1 : (n >= MAXIMUM_CAPACITY) ? MAXIMUM_CAPACITY : n + 1;//15+1=16
        }

> Tip : HashMap 的扩容机制就是比输入容量值大的第一个二次幂

**2.6 get源码分析**

测试代码

public static void main(String[] args) {
            HashMap<String, Object> map = new HashMap<>(12);
            map.put("a","b");
            map.get("a");
        }

进入get方法

public V get(Object key) {
            Node<K,V> e;//声明Node 节点e
            return (e = getNode(hash(key), key)) == null ? null : e.value;// 根据key的哈希值获取Node节点返回Value
        }

进入 getNode(hash(key), key)方法，可以看见进行了优先选取tab上的entry节点；如果不是才会进入链表或者红黑树进行遍历比对hash值获取节点；看过put源码之后get源码都没什么奇点了；

final Node<K,V> getNode(int hash, Object key) {
            Node<K,V>[] tab; Node<K,V> first, e; int n; K k;// 声明 节点数组tab , 节点first, e ; n ,k
            if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 &&// tab.length =16 即容量
                (first = tab[(n - 1) & hash]) != null) { // 与get的计算hash 值一样； hash值= （容量-1）& hash 得到tab索引；然后获取索引值赋值给first
                if (first.hash == hash && // always check first node
                    ((k = first.key) == key || (key != null && key.equals(k))))//直接检查是否是tab上的enrty，是直接就返回Node
                    return first;
                if ((e = first.next) != null) {
                    if (first instanceof TreeNode)//如果是红黑树就遍历获取节点
                        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);//否则循环遍历链表获取节点
                }
            }
            return null;
        }

**2.7 hashCode源码分析**

测试代码

public static void main(String[] args) {
            HashMap<String, Object> map = new HashMap<>(12);
            map.put("a","b");
            map.put("b","c");
            int hashCode = map.hashCode();
            System.out.println(hashCode);//4
        }

进入hashCode，就是遍历每个entrySet的哈希值进行相加作为HashMap的hash值

public int hashCode() {
            int h = 0;
            Iterator<Entry<K,V>> i = entrySet().iterator();//迭代器
            while (i.hasNext())
                h += i.next().hashCode();//迭代每个entrySet的哈希值相加
            return h;
        }

做个验证

public static void main(String[] args) {
            HashMap<String, Object> map = new HashMap<>(12);
            map.put("a","b");
            map.put("b","c");
            Set<Map.Entry<String, Object>> entries = map.entrySet();
            entries.stream().forEach(entry->{
                System.out.println(entry.hashCode());
            });
        }

输出内容是1，3;

> Tip : HashMap 的hashCode 就是 entry 的hash值之和，其中Node的哈希值由key和value的哈希值之和；

# 三、总结 #

*  HashMap允许key和value都为null;key具有唯一性；
 *  HashMap与HashTable不同之处是，HashMap不同步，HashTable不允许key，value为null；
 *  HashMap无法保证Map中内容的顺序
 *  HashMap默认因子0.75；初始化容量16；如果给定容量为12，插入12个数之后再插入数据会发生扩容；
 *  hashMap 本质是一串哈希表；哈希表首先由数组 + 链表组成；当hash碰撞后会形成链表，每个链表的节点又是一个桶；当桶的数量达到8之后就会进行树化，将链表转为红黑树，此时HashMap结构就是 数组 + 红黑树 ；如果插入相同的key，新的value会取代旧的value；
 *  HashMap 的扩容机制就是比输入容量值大的第一个二次幂；比如12，扩容后就是16；17扩容后就是32；
 *  HashMap 的hashCode 就是 entry 的hash值之和，其中Node的哈希值由key和value的哈希值之和；

## 最后 ##

这次要给大家分享总结的东西就是这些了

资料全都放在——\*\*\*[我的学习笔记：大厂面试真题+微服务+MySQL+Java+Redis+算法+网络+Linux+Spring全家桶+JVM+学习笔记图][MySQL_Java_Redis_Linux_Spring_JVM]\*\*\*

最后再分享一份终极手撕架构的大礼包(学习笔记)：分布式+微服务+开源框架+性能优化

是一串哈希表；哈希表首先由数组 + 链表组成；当hash碰撞后会形成链表，每个链表的节点又是一个桶；当桶的数量达到8之后就会进行树化，将链表转为红黑树，此时HashMap结构就是 数组 + 红黑树 ；如果插入相同的key，新的value会取代旧的value；

*  HashMap 的扩容机制就是比输入容量值大的第一个二次幂；比如12，扩容后就是16；17扩容后就是32；
 *  HashMap 的hashCode 就是 entry 的hash值之和，其中Node的哈希值由key和value的哈希值之和；

## 最后 ##

这次要给大家分享总结的东西就是这些了

资料全都放在——\*\*\*[我的学习笔记：大厂面试真题+微服务+MySQL+Java+Redis+算法+网络+Linux+Spring全家桶+JVM+学习笔记图][MySQL_Java_Redis_Linux_Spring_JVM]\*\*\*

最后再分享一份终极手撕架构的大礼包(学习笔记)：分布式+微服务+开源框架+性能优化

![image][]

[image.png]: /images/20221005/5c446dc8fbae4c429f664bf8260fb162.png
[image.png 1]: /images/20221005/b818ec2c451246a2bbaf90785724d603.png
[image.png 2]: /images/20221005/fcc2e40921674378a95168494e0147a9.png
[HashMap]: /images/20221005/238e22c979374ea898cf38fd2382a6a2.png
[image.png 3]: /images/20221005/37475914aa154b4c86b3690025bdbde9.png
[HashMap 1]: /images/20221005/fd6c24c274654370909f93ca6fc646f5.png
[HashMap 2]: /images/20221005/ba428606b74a4079ad2ba613ba906f17.png
[MySQL_Java_Redis_Linux_Spring_JVM]: https://docs.qq.com/doc/DSmxTbFJ1cmN1R2dB
[image]: /images/20221005/32d7348119db415eba44f15d91f95c0a.png