JDK1.8-HashMap源码学习

2020-10-30

HashMap概述

1、HashMap是哈希表的Map接口非同步实现。

HashMap提供所有可选的映射操作，并允许null值和null键。
HashMap不保证集合元素的顺序，特别是它不保证该顺序恒久不变。

2、HashMap设计用来快速访问键值对，它里面的元素是没有顺序的。

3、
HashMap的数据结构：
HashMap内部是一个“链表散列”的数据结构，即数组+链表+红黑树的结合体。

HashMap底层就是一个数组结构，数组当中的每一项又是一个链表/红黑树。
新建一个HashMap的时候，就会初始化一个数组。

一、数组节点的数据结构定义

/**
     * 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;
        }
    }

1、类的属性值有4个：

hash：根据关键字key计算得到的数组下标值。
key：即存储关键字。
value：与关键字关联的值。
next：指向下一节点的指针。这个是链表的特征，当关键字生成的hash有重复时，就使用到链表存储元素。

二、往HashMap存入元素过程

先看源码的put方法：

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

putVal()方法源码，先理解几个参数的含义：

hash：存储关键字KEY的哈希值。
value：与KEY关联的值。
onlyIfAbsent：如果为true，请不要更改现有值；如果为false，则更新现有值。

evict：如果为false，则表处于创建模式。

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)
        // 当数组为null时，初始化数组
        n = (tab = resize()).length;
    if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
        // 根据KEY计算得到数组下标的位置没有元素，就把当前元素存放到数组下标的位置
        tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
    else {      
        // 产生hash冲突，即有重复元素要存放到同一个数组下标的位置
        Node<K,V> e; K k;
        if (p.hash == hash &&
            ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
            // 关键字相同，更新value
            e = p;
        else if (p instanceof TreeNode)
            // 将节点元素存储到红黑树
            e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
        else {
            // 遍历链表
            for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
                if ((e = p.next) == null) {
                    // 将元素存储在链表尾部
                    p.next = newNode(hash, key, value, null);
                    if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st
                        // 当链表元素个数超过8时，将链表转为红黑树，这样可以提高查询效率
                        treeifyBin(tab, hash);
                    break;
                }
                if (e.hash == hash &&
                    ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                    // 遍历同一个KEY，跳出循环
                    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;
    if (++size > threshold)
        // 数组元素超过负载因子，需要扩容。扩大后容量是原来的一倍
        resize();
    afterNodeInsertion(evict);
    return null;
}

HashMap存储过程小结

1、当我们往HashMap当中存放元素的时候，首先根据key的hashCode计算hash值，根据hash值得到这个元素在数组当中的下标。

2、如果数组该位置已经存放有其他元素了，那么在这个位置上的元素将以链表的形式存放，新加入的元素放在链表头，最先加入的元素放在链表尾。

3、如果该位置上没有元素，就直接将该元素放到此数组的该位置上。

三、从HashMap读取元素的过程

get()方法源码：

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

getNode()方法源码：

final Node<K,V> getNode(int hash, Object key) {
        Node<K,V>[] tab; Node<K,V> first, e; int n; K k;
        // 首先根据hash值计算对应下标位置，判断KEY是否相同
        if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 &&
            (first = tab[(n - 1) & hash]) != null) {
            // always check first node
            if (first.hash == hash &&  ((k = first.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                // KEY相同，找到对应value，返回值。
                return first;
            if ((e = first.next) != null) {
                if (first instanceof TreeNode)
                    // 遍历红黑树
                    return ((TreeNode<K,V>)first).getTreeNode(hash, key);
                do {
                    // 遍历链表
                    if (e.hash == hash &&
                        ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                        return e;
                } while ((e = e.next) != null);
            }
        }
        return null;
    }