1. HashMap总览

1.1 hashmap底层储存结构图解

底层结构其实就是数组+链表+红黑树

1.2 HashMap类定义

先来看看HashMap的定义：

public class HashMap<K,V> extends AbstractMap<K,V>    implements Map<K,V>, Cloneable, Serializable {}

从中我们可以了解到：

HashMap<K,V>：HashMap是以key-value形式存储数据的。
extends AbstractMap<K,V>：继承了AbstractMap，大大减少了实现Map接口时需要的工作量。
implements Map<K,V>：实现了Map，提供了所有可选的Map操作。
implements Cloneable：表明其可以调用clone()方法来返回实例的field-for-field拷贝。
implements Serializable：表明该类是可以序列化的。

1.3 put()数据原理分析图解

1.4 一些名词

hashmap的底层数据结构名为table的数组，是一个Node数组
table数组中的每个元素是一个Node元素（但是这个Node元素可能指向下一个Node元素从而形成链表），table数组的每个位置称为桶，比如talbe[0] 称为一个桶，也可以称为一个bin

2. 源码

2.1 核心属性分析

静态常量

    /*** The default initial capacity - MUST be a power of two.* 默认的初始容量，必须是二的次方*/static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; // aka 16/*** The maximum capacity, used if a higher value is implicitly specified* by either of the constructors with arguments.* MUST be a power of two <= 1<<30.* * 最大容量，当通过构造函数隐式指定了一个大于MAXIMUM_CAPACITY的时候使用*/static final int  MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;/*** The load factor used when none specified in constructor.* 默认加载因子，当构造函数没有指定加载因子的时候的默认值的时候使用*/static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;/*** 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.* * TREEIFY_THRESHOLD为当一个bin从list转化为tree的阈值，当一个bin中元素的总元素最低超过这个值的时候，bin才被转化为tree；* 为了满足转化为简单bin时的要求，TREEIFY_THRESHOLD必须比2大而且比8要小*/static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8;/*** The bin count threshold for untreeifying a (split) bin during a* resize operation. Should be less than TREEIFY_THRESHOLD, and at* most 6 to mesh with shrinkage detection under removal.* * bin反tree化时的最大值，应该比TREEIFY_THRESHOLD要小，* 为了在移除元素的时候能检测到移除动作，UNTREEIFY_THRESHOLD必须至少为6*/static final int UNTREEIFY_THRESHOLD = 6;/*** The smallest table capacity for which bins may be treeified.* (Otherwise the table is resized if too many nodes in a bin.)* Should be at least 4 * TREEIFY_THRESHOLD to avoid conflicts* between resizing and treeification thresholds.* * 树化的另外一个阈值，table的长度(注意不是bin的长度)的最小得为64。为了避免扩容和树型结构化阈值之间的冲突，MIN_TREEIFY_CAPACITY 应该最小是 4 * TREEIFY_THRESHOLD*/static final int MIN_TREEIFY_CAPACITY = 64;

成员变量

 /*** The table, initialized on first use, and resized as* necessary. When allocated, length is always a power of two.* (We also tolerate length zero in some operations to allow* bootstrapping mechanics that are currently not needed.)* * table，第一次被使用的时候才进行加载*/transient Node<K,V>[] table;/*** Holds cached entrySet(). Note that AbstractMap fields are used* for keySet() and values().* 键值对缓存，它们的映射关系集合保存在entrySet中。即使Key在外部修改导致hashCode变化，缓存中还可以找到映射关系*/transient Set<Map.Entry<K,V>> entrySet;/*** The number of key-value mappings contained in this map.* table中 key-value 元素的个数*/transient int size;/*** The number of times this HashMap has been structurally modified* Structural modifications are those that change the number of mappings in* the HashMap or otherwise modify its internal structure (e.g.,* rehash).  This field is used to make iterators on Collection-views of* the HashMap fail-fast.  (See ConcurrentModificationException).* * HashMap在结构上被修改的次数，结构上被修改是指那些改变HashMap中映射的数量或者以其他方式修改其内部结构的次数（例如，rehash）。* 此字段用于使HashMap集合视图上的迭代器快速失败。*/transient int modCount;/*** The next size value at which to resize (capacity * load factor).** 下一次resize扩容阈值，当前table中的元素超过此值时，触发扩容* threshold = capacity * load factor* @serial*/// (The javadoc description is true upon serialization.// Additionally, if the table array has not been allocated, this// field holds the initial array capacity, or zero signifying// DEFAULT_INITIAL_CAPACITY.（???????）)int threshold;/*** The load factor for the hash table.* 负载因子* @serial*/final float loadFactor;

2.2 构造方法分析

仅仅看最长参数的构造方法就行了，其它三个都是调用了此构造方法：

    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);}/*** Returns a power of two size for the given target capacity.* * 1.返回一个大于等于当前值cap的一个的数字，并且这个数字一定是2的次方数* 假如cap为10，那么n= 9 = 0b1001* 0b1001 | 0b0100 = 0b1101* 0b1101 | 0b0011 = 0b1111* 0b1111 | 0b0011 = 0b1111* ......* .....* n = 0b1111 = 15* * 2.这里的cap必须要减1，如果不减，并且如果传入的cap为16，那么算出来的值为32* * 3.这个方法就是为了把最高位1的后面都变为1* 0001 1101 1100 -> 0001 1111 1111 -> +1 -> 0010 1111 1111*/static final int tableSizeFor(int cap) {int n = cap - 1;n |= n >>> 1;n |= n >>> 2;n |= n >>> 4;n |= n >>> 8;n |= n >>> 16;return (n < 0) ? 1 : (n >= MAXIMUM_CAPACITY) ? MAXIMUM_CAPACITY : n + 1;}

2.3 put方法分析

    /*** @param key key with which the specified value is to be associated* @param value value to be associated with the specified key* @return the previous value associated with key, or*         null if there was no mapping for key.*         (A null return can also indicate that the map*         previously associated null with key.)*         返回先前key对应的value值（如果value为null，也返回null），如果先前不存在这个key，那么返回的就是null；*/public V put(K key, V value) {return putVal(hash(key), key, value, false, true);}/* 在往haspmap中插入一个元素的时候，由元素的hashcode经过一个扰动函数之后再与table的长度进行与运算才找到插入位置，下面的这个hash()方法就是所谓的扰动函数* 作用：让key的hashCode值的高16位参与运算,hash()方法返回的值的低十六位是有hashCode的高低16位共同的特征的* 举例* hashCode = 0b 0010 0101 1010 1100  0011 1111 0010 1110* *     0b 0010 0101 1010 1100  0011 1111 0010 1110  ^ *     0b 0000 0000 0000 0000  0010 0101 1010 1100 *     0b 0010 0101 1010 1100  0001 1010 1000 0010*/static final int hash(Object key) {int h;return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);}

final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,boolean evict) {// tab表示当前hashmap的table// p表示table的元素// n表示散列表的长度// i表示路由寻址结果Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, i;// 延迟初始化逻辑，第一次调用putval()方法的时候才进行初始化hashmap中最耗内存的talbeif ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)n = (tab = resize()).length;// 1.最简单的一种情况，寻找到的桶位，刚好是null，这个时候直接构建Node节点放进去就行了if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)tab[i] = newNode(hash, key, value, null);else {// e，如果key不为null，并且找到了当前要插入的key一致的node元素，就保存在e中// k表示一个临时的keyNode<K,V> e; K k;// 2.表示该桶位中的第一个元素与你当前插入的node元素的key一致，表示后序要进行替换操作if (p.hash == hash &&((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))e = p;// 3.表示当前桶位已经树化了else if (p instanceof TreeNode)e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);// 4.当前捅位是一个链表else {for (int binCount = 0; ; ++binCount) {// 4.1 迭代到最后一个元素了也没有找到要插入的key一致的nodeif ((e = p.next) == null) {p.next = newNode(hash, key, value, null);if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1sttreeifyBin(tab, hash);break;}// 4.1 找到了与要插入的key一致的node元素if (e.hash == hash &&((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))break;p = e;}}// 如果找到了与要插入的key一致的node元素，那么进行替换if (e != null) { // existing mapping for keyV oldValue = e.value;if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)e.value = value;afterNodeAccess(e);return oldValue;}}// nodeCount表示散列表table结构的修改次数，替换Node元素的value不算++modCount;if (++size > threshold)resize();afterNodeInsertion(evict);return null;}

2.4 resize方法分析

当在table长度位16中的元素移到table长度位32的table中的时候；我们可以知道，原来在15这个槽位的元素的hash()值的后四位一定是1111（因为跟1111即table长度-1 进行与运算得到了1111）。所以所以当table长度变为32的时候，原来在15这个槽位的元素要么还在15这个槽位，要么在31这个操作（因为原来15这个槽位的元素后五位一定是11111或者01111，跟 11111即table新长度-1 进行与运算一定得到 01111或者11111）

/*** 对table进行初始化或者扩容。* 如果table为null，则对table进行初始化* 如果对table扩容，因为每次扩容都是翻倍，与原来计算（n-1）&hash的结果相比，节点要么就在原来的位置，要么就被分配到“原位置+旧容量”这个位置。*/final Node<K,V>[] resize() {Node<K,V>[] oldTab = table;// oldCap表示扩容之前table数组的长度int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length;// oldThr表示本次扩容之前的阈值，触发本次扩容操作的阈值int oldThr = threshold;// newCap：表示扩容之后table数组的大小； newThr表示扩容之后，下次触发扩容的条件int newCap, newThr = 0;//===================给newCap和newThr赋值start=============================// oldCap大于零，说明之前已经初始化过了（hashmap中的散列表不是null），要进行正常的扩容操作if (oldCap > 0) {// 已经最大值了，不再扩容了if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) {threshold = Integer.MAX_VALUE;return oldTab;}// （1）进行翻倍扩容(假如旧的oldCap为8， < DEFAULT_INITIAL_CAPACITY，那么此条件不成立newThr将不会赋值)else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY &&oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)newThr = oldThr << 1; // double threshold}// （2）// oldCap == 0（说明hashmap中的散列表是null）且oldThr > 0 ；下面几种情况都会出现oldCap == 0,oldThr > 0// 1.public HashMap(int initialCapacity);// 2.public HashMap(Map<? extends K, ? extends V> m);并且这个map有数据// 3.public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor);else if (oldThr > 0) // initial capacity was placed in thresholdnewCap = oldThr;// oldCap == 0, oldThr == 0// public HashMap();else {               // zero initial threshold signifies using defaultsnewCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY;newThr = (int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY);}// 对应上面（1）不成立或者（2）成立的情况if (newThr == 0) {float ft = (float)newCap * loadFactor;newThr = (newCap < MAXIMUM_CAPACITY && ft < (float)MAXIMUM_CAPACITY ?(int)ft : Integer.MAX_VALUE);}//===================给newCap和newThr赋值end=============================threshold = newThr;@SuppressWarnings({"rawtypes","unchecked"})Node<K,V>[] newTab = (Node<K,V>[])new Node[newCap];table = newTab;if (oldTab != null) {for (int j = 0; j < oldCap; ++j) {Node<K,V> e;// 头结点不为空if ((e = oldTab[j]) != null) {// 将对应的桶位指向null，方便jvm回收oldTab[j] = null;// 1.如果只有一个节点if (e.next == null)newTab[e.hash & (newCap - 1)] = e;// 2.树化了else if (e instanceof TreeNode)((TreeNode<K,V>)e).split(this, newTab, j, oldCap);// 3.还是链表else { // preserve order// 低位链表：存放在扩容之后的数组下标的位置，与当前数组下标位置一致的元素// 高位链表：存放在扩容之后的数组下标的位置为当前数组下标位置+ 扩容之前数组长度的元素Node<K,V> loHead = null, loTail = null;Node<K,V> hiHead = null, hiTail = null;Node<K,V> next;do {next = e.next;// 比如e.hash只能为两种可能  1 1111 或者 0 1111 ， oldCap 为 10000if ((e.hash & oldCap) == 0) {if (loTail == null)loHead = e;elseloTail.next = e;loTail = e;}else {if (hiTail == null)hiHead = e;elsehiTail.next = e;hiTail = e;}} while ((e = next) != null);// 如果低位链表有数据if (loTail != null) {loTail.next = null;newTab[j] = loHead;}// 如果高位链表有数据if (hiTail != null) {hiTail.next = null;newTab[j + oldCap] = hiHead;}}}}}return newTab;}

2.5 get方法分析

   public V get(Object key) {Node<K,V> e;return (e = getNode(hash(key), key)) == null ? null : e.value;}final Node<K,V> getNode(int hash, Object key) {// tab：引用当前hashmap的table// first：桶位中的头元素// n：table的长度// e：是临时Node元素// k：是key的临时变量Node<K,V>[] tab; Node<K,V> first, e; int n; K k;// 1.如果哈希表为空，或key对应的桶为空，返回nullif ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 &&(first = tab[(n - 1) & hash]) != null) {// 2.这个桶的头元素就是想要找的if (first.hash == hash && // always check first node((k = first.key) == key || (key != null && key.equals(k))))return first;// 说明当前桶位不止一个元素，可能是链表，也可能是红黑树if ((e = first.next) != null) {// 3.树化了if (first instanceof TreeNode)return ((TreeNode<K,V>)first).getTreeNode(hash, key);// 4.链表do {if (e.hash == hash &&((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))return e;} while ((e = e.next) != null);}}return null;}

2.6 remove方法分析

    public V remove(Object key) {Node<K,V> e;return (e = removeNode(hash(key), key, null, false, true)) == null ?null : e.value;}    final Node<K,V> removeNode(int hash, Object key, Object value,boolean matchValue, boolean movable) {// tab：引用当前hashmap的table// p：当前的node元素// n：当前的散列表数组长度// index：表示寻址结果Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, index;// 1.如果数组table为空或key映射到的桶为空，返回null。if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 &&(p = tab[index = (n - 1) & hash]) != null) {// node：查找到的结果// e：当前Node的下一个元素Node<K,V> node = null, e; K k; V v;// 2.桶位的头元素就是我们要找的if (p.hash == hash &&((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))node = p;else if ((e = p.next) != null) {// 3.树化了if (p instanceof TreeNode)node = ((TreeNode<K,V>)p).getTreeNode(hash, key);// 4.链表中else {do {if (e.hash == hash &&((k = e.key) == key ||(key != null && key.equals(k)))) {node = e;break;}p = e;} while ((e = e.next) != null);}}// 如果node不为null，说明按照key查找到想要删除的数据了if (node != null && (!matchValue || (v = node.value) == value ||(value != null && value.equals(v)))) {// 是树，删除节点if (node instanceof TreeNode)((TreeNode<K,V>)node).removeTreeNode(this, tab, movable);// 删除的桶的第一个元素else if (node == p)tab[index] = node.next;// 不是第一个元素elsep.next = node.next;++modCount;--size;afterNodeRemoval(node);return node;}}return null;}

2.7 replace方法分析

    @Overridepublic boolean replace(K key, V oldValue, V newValue) {Node<K,V> e; V v;if ((e = getNode(hash(key), key)) != null &&((v = e.value) == oldValue || (v != null && v.equals(oldValue)))) {e.value = newValue;afterNodeAccess(e);return true;}return false;}@Overridepublic V replace(K key, V value) {Node<K,V> e;if ((e = getNode(hash(key), key)) != null) {V oldValue = e.value;e.value = value;afterNodeAccess(e);return oldValue;}return null;}

2.8 其它常用方法

isEmpty()

/*** 如果map中没有键值对映射，返回true* * @return <如果map中没有键值对映射，返回true*/
public boolean isEmpty() {return size == 0;
}

putMapEntries()

    final void putMapEntries(Map<? extends K, ? extends V> m, boolean evict) {int s = m.size();if (s > 0) {// table为null，代表这里使用HashMap(Map<? extends K, ? extends V> m)构造函数 或者其它方式实例化hashmap但是还没往里面添加过元素if (table == null) { // pre-size//前面讲到，initial capacity*load factor就是当前hashMap允许的最大元素数目。那么不难理解，s/loadFactor+1即为应该初始化的容量。float ft = ((float)s / loadFactor) + 1.0F;int t = ((ft < (float)MAXIMUM_CAPACITY) ?(int)ft : MAXIMUM_CAPACITY);if (t > threshold)threshold = tableSizeFor(t);}//table已经初始化，并且map的大小大于临界值else if (s > threshold)//扩容处理resize();//将map中所有键值对添加到hashMap中for (Map.Entry<? extends K, ? extends V> e : m.entrySet()) {K key = e.getKey();V value = e.getValue();putVal(hash(key), key, value, false, evict);}}}

putAll()

/*** 将参数map中的所有键值对映射插入到hashMap中，如果有碰撞，则覆盖value。* @param m 参数map* @throws NullPointerException 如果map为null*/
public void putAll(Map<? extends K, ? extends V> m) {putMapEntries(m, true);
}

clear()

/*** 删除map中所有的键值对*/
public void clear() {Node<K,V>[] tab;modCount++;if ((tab = table) != null && size > 0) {size = 0;for (int i = 0; i < tab.length; ++i)tab[i] = null;}
}

containsValue( Object value)

/*** 如果hashMap中的键值对有一对或多对的value为参数value，返回true** @param value 参数value* @return 如果hashMap中的键值对有一对或多对的value为参数value，返回true*/
public boolean containsValue(Object value) {Node<K,V>[] tab; V v;//if ((tab = table) != null && size > 0) {//遍历数组tablefor (int i = 0; i < tab.length; ++i) {//遍历桶中的nodefor (Node<K,V> e = tab[i]; e != null; e = e.next) {if ((v = e.value) == value ||(value != null && value.equals(v)))return true;}}}return false;
}

3.参考

视频
3y
csdn

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