1 HashMap

1.1 常量

public class HashMap<K,V> extends AbstractMap<K,V>implements Map<K,V>, Cloneable, Serializable {// 一个随机值，用于序列化private static final long serialVersionUID = 362498820763181265L;/*** 无参初始化时HashMap的容量* 有参构造传入容量后，会被转成2的n次幂的容量**/static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; // aka 16// 初始化的最大容量,也是底层数组初始化最大长度static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;// 负载因子，扩容的条件static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;// 链表转红黑树的阈值，超过8个，并且容量大于64的时候就变树。8个是因为泊松分布static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8;// 红黑树转链表的阈值，小于6个就变链表。两者不同防止反复横跳static final int UNTREEIFY_THRESHOLD = 6;// 容量小于64时扩容而不是变成树。static final int MIN_TREEIFY_CAPACITY = 64;

1.2 变量

 // 最底层的数组,数组类型为Node，长度为2的幂次// transient类型不会被序列化transient Node<K,V>[] table;/*** AbstractMap用到此属性* 缓存keySet和valueSet*/transient Set<Map.Entry<K,V>> entrySet;// 当前map存储键值对的个数transient int size;// HashMap修改次数，使用迭代器遍历时可以检测其是否被修改，被修改则fail-fasttransient int modCount;//HashMap的size大于threshold时会执行resize操作。 threshold=capacity*loadFactorint threshold;// 外部配置的负载因子final float loadFactor;

1.3 内部类

 /*** 底层table的类型* 1）求hash值的方式是对key和value的hash值进行异或* 2）求equal的方式是key和value的hash值都相等*/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; }/*** key的hash值与value的hash值进行异或，提高散列度，降低hash冲突* 异或能更好保留各部分的特征，&运算会使值靠近0，|运算使值靠近1* @return int*/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;}}

1.4 方法

1.4.1 求key的hash

hash值为int类型，4字节32位。求一次key的hash，hash值的高16位不变，低16位与高16位取异或

好处：高低位特征混合，减少hash碰撞。

原因：根据hash值求其在数组的位置都是在低位

    /*** 如果key是null，hash值返回0、* 否则取key的 hash值异或hash值无符号右移16位* 数组长度较短时，求（n-1)&hash时会只让低位参与运算，所以让高16位与低16位异或后，在低16位能保留高低位的信息，减少hash碰撞* 异或能更好保留各部分的特征，&运算会使值靠近0，|运算使值靠近1*/static final int hash(Object key) {int h;return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);}

1.4.2 计算table的长度

通过传入的容量，计算出比它大的最小的2的幂的值

    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;}

1.4.3 get方法的处理逻辑

1）通过（n-1)&&hash 来确定key在table中的位置

2）总是判断第一个Node是否为符合要求的

3）根据该结点的类型判断为红黑树还是链表来遍历获取

    /*** 问：为啥要判断hash值后再判断key呢，直接判断key不可以吗？* 答：相当于一个短路逻辑，==比equals效率高，数组某个位置链表的每个hash值可能不同，只是求的下标相同* 1. 通过（n-1）&hash算出key在数组中的下标* 2. 比较hash和key值，是否与该下标的元素相等* 3. 如果不相等，判断下一节点是否存在，和类型* 4. 如果是TreeNode类型，就去红黑树查找* 5. 否则就遍历链表，直到找到链表结尾*/final Node<K,V> getNode(int hash, Object key) {// 临时tableNode<K,V>[] tab;// first为key在数组的位置的Node对象Node<K,V> first, e;int n; K k;// 通过（n-1）& hash 计算出当前key在数组中的下标if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 && (first = tab[(n - 1) & hash]) != null) {// 如果这个元素的hash值等于key的hash值，并且元素的key等于当前key，就返回这个元素if (first.hash == hash && ((k = first.key) == key || (key != null && key.equals(k))))return first;// 如果当前元素的下一个节点不为空if ((e = first.next) != null) {// 判断如果是TreeNode类型，就到getTreeNode方法获取节点if (first instanceof TreeNode)return ((TreeNode<K,V>)first).getTreeNode(hash, key);do {// 否则是链表形态，遍历当前链表，如果hash值和key值都相等，则返回该节点if (e.hash == hash &&((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))return e;} while ((e = e.next) != null);}}return null;}

1.4.4 put方法的处理逻辑

1）先看该map是否为空，空则把table初始化成默认长度16

2）根据hash值求其在数组中位置，通过(n-1)&hash

n为2的k次方，n-1的右k位都为1
(n-1)&hash取了hash值的右k位

3）如果该位置为null则新建结点并放到这个位置

4）否则

根据hash和key值判断第一个节点是否为对应的key，是则替换该Node的value值
否则判断是树还是链表，根据对应的遍历方式找到Node并替换

5）判断当前map的大小，如果达到负载值就扩容

 final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,boolean evict) {Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, i;// 数组为空或长度为0 ，则初始化if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)n = (tab = resize()).length;// 如果数组对应位置无元素，则创建节点放到数组对应位置if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)tab[i] = newNode(hash, key, value, null);else {Node<K,V> e; K k;// 先判断hash是否相等，再判断key是否相等if (p.hash == hash &&((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))e = p;// 如果已经化树，则放到树里else if (p instanceof TreeNode)e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);else {// 如果是链表，遍历到链表尾部，并插入。for (int binCount = 0; ; ++binCount) {if ((e = p.next) == null) {p.next = newNode(hash, key, value, null);// 如果链表长度达到了阈值，并且数组长度大于等于64，则化树if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1sttreeifyBin(tab, hash);break;}if (e.hash == hash &&((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))break;p = e;}}// 假如map里存在过对应key，根据条件判断是否覆盖if (e != null) { // existing mapping for keyV oldValue = e.value;if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)e.value = value;afterNodeAccess(e);return oldValue;}}// 变更修改次数，用于快速失败++modCount;// 如果超过了阈值，则扩容if (++size > threshold)resize();afterNodeInsertion(evict);return null;}

1.4.5 扩容机制resize()

前提：

oldCap为2的幂次
新数组长度 newCap=oldCap<<1
e在原数组的下标 j = e.hash & (oldCap-1)

如果

(e.hash & oldCap) == 0 如
- e.hash = 110 0 1010
- oldCap = 0001 0000
- j = 0000 1010

则

e.hash&(oldCap<<1 -1 )==j 如
- e.hash = 110 0 1010
- oldCap<<1 = 001 0 0000
- j = 0000 1010

否则

e.hash&(oldCap<<1 -1 )==j+oldCap

final Node<K,V>[] resize() {Node<K,V>[] oldTab = table;// 获取旧数组的长度和负载值int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length;int oldThr = threshold;// 初始化新数组的长度和负载值int newCap, newThr = 0;/*** 计算新数组的长度和负载值* */if (oldCap > 0) {// 旧容量大于等于最大容量时不扩容，但负载值变为Int最大值if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) {threshold = Integer.MAX_VALUE;return oldTab;}// 新的负载值乘2else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY &&oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)newThr = oldThr << 1; // double threshold}// 如果旧容量小于等于0且旧的负载值大于0 ，新的容量设置为旧的负载值?else if (oldThr > 0) // initial capacity was placed in thresholdnewCap = oldThr;// 如果旧容量和就负载值都小于等于0，那么新容量为默认16，新负载值为默认负载因子*默认容量=12else {               // zero initial threshold signifies using defaultsnewCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY;newThr = (int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY);}if (newThr == 0) {float ft = (float)newCap * loadFactor;newThr = (newCap < MAXIMUM_CAPACITY && ft < (float)MAXIMUM_CAPACITY ?(int)ft : Integer.MAX_VALUE);}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;if ((e = oldTab[j]) != null) {oldTab[j] = null;if (e.next == null)newTab[e.hash & (newCap - 1)] = e;else if (e instanceof TreeNode)((TreeNode<K,V>)e).split(this, newTab, j, oldCap);else { /*** 如原数组长度为16，新数组长度为32.* loHead、loTail都用于新数组前16个元素* hiHead、hiTail都用于新数组后16个元素*/Node<K,V> loHead = null, loTail = null;Node<K,V> hiHead = null, hiTail = null;Node<K,V> next;do {/*** 链表中的元素最终只会进到新数组两个下标位置，位于新数组的前半部分和后半部分* 通过位运算，得知元素的新的位置，并让其重新引用后继结点，得到两个新的链表* 最后将两个链表直接挂到新数组上*/next = e.next;/*** 避免再次求下标运算，* 如果(e.hash & oldCap) == 0，说明e.hash在新数组中的位置跟在旧数组中一样* 否则e.hash求的位置为oldCap的长度+在原数组中的位置**/if ((e.hash & oldCap) == 0) {if (loTail == null)loHead = e;elseloTail.next = e;loTail = e;}else {/*** e为位置在数组上的元素，通过循环，讲head和tail指针放到链表的头和尾* */if (hiTail == null)hiHead = e;elsehiTail.next = e;hiTail = e;}} while ((e = next) != null);/*** 如果刚才找的节点应该在新数组前半部分，就把它放到新数组相同位置*/if (loTail != null) {loTail.next = null;newTab[j] = loHead;}/*** 如果刚才找的节点应该在新数组后半部分，就把它放到新数组一半长度+位置长度*/if (hiTail != null) {hiTail.next = null;newTab[j + oldCap] = hiHead;}}}}}return newTab;
}

1.4.6 tableSizeFor

/*** 返回大于cap的最小的2的幂次*/static final int tableSizeFor(int cap) {// cap = 9int n = cap - 1;   //n=8   0000 0000 0000 1000n |= n >>> 1;      //n=12  0000 0000 0000 0100n |= n >>> 2;      //n=15  0000 0000 0000 0011n |= n >>> 4;      //n=15  0000 0000 0000 1111n |= n >>> 8;      //n=15n |= n >>> 16;     //n=15return (n < 0) ? 1 : (n >= MAXIMUM_CAPACITY) ? MAXIMUM_CAPACITY : n + 1;  // return 16}

1.4.7 treeifyBin 树化前初始准备

必须链表长度达到树化阈值，并且数组长度达到最小树化长度，才可以树化，否则会扩容
这里将链表所有节点变成树类型节点，并形成双向链表
准备树化

  /*** 如果数组长度未达到最小化树长度，则会扩容* 先变树类型的双向链表* 尝试变成红黑树*/final void treeifyBin(Node<K,V>[] tab, int hash) {int n, index; Node<K,V> e;if (tab == null || (n = tab.length) < MIN_TREEIFY_CAPACITY)resize();// 将链表上所有节点类型变成树类型，并且由单链表变成双链表else if ((e = tab[index = (n - 1) & hash]) != null) {TreeNode<K,V> hd = null, tl = null;do {// 从链表头开始往下找，将元素转换为树节点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)//尝试变成树hd.treeify(tab);}}

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