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最近更新：2018-09-21

前言

前面对于HashMap在jdk1.8中元素插入的实现原理，进行了详细分析，具体请看：HashMap之元素插入。文章发布之后，有一位朋友问了这么一个问题："jdk1.7中采用头插入，为什么jdk1.8中改成了尾插入？"。有人说这就是java大神随性而为，没什么特殊的用处。当时因为没仔细看过1.7的源码，所以不好解答。现在特此写了本文，来对该问题进行详细的分析。

静态常量

源码：

 1/** 2 * 默认初始大小，值为16，要求必须为2的幂 3 */ 4static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; // aka 16 5 6/** 7 * 最大容量，必须不大于2^30 8 */ 9static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;1011/**12 * 默认加载因子，值为0.7513 */14static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;1516/**17 * HashMap的空数组18 */19static final Entry<?,?>[] EMPTY_TABLE = {};2021/**22 * 可选的默认哈希阈值23 */24static final int ALTERNATIVE_HASHING_THRESHOLD_DEFAULT = Integer.MAX_VALUE;复制代码

注意：jdk1.7中HashMap默认采用数组+单链表方式存储元素，当元素出现哈希冲突时，会存储到该位置的单链表中。这和1.8不同，除了数组和单链表外，当单链表中元素个数超过8个时，会进而转化为红黑树存储，巧妙地将遍历元素时时间复杂度从O(n)降低到了O(logn)）。

构造函数

1、无参构造函数：

1public HashMap() {2    this(DEFAULT_INITIAL_CAPACITY, DEFAULT_LOAD_FACTOR);3}复制代码

2、带参构造函数，指定初始容量：

1public HashMap(int initialCapacity) {2    this(initialCapacity, DEFAULT_LOAD_FACTOR);3}复制代码

3、带参构造函数，指定初始容量和加载因子：

 1public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) { 2    if (initialCapacity < 0) 3        throw new IllegalArgumentException("Illegal initial capacity: " + 4                                           initialCapacity); 5    if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY) 6        initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY; 7    if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor)) 8        throw new IllegalArgumentException("Illegal load factor: " + 9                                           loadFactor);1011    this.loadFactor = loadFactor;12    threshold = initialCapacity;//和jdk8不同，初始阈值就是初始容量，并没做2次幂处理13    init();14}复制代码

4、带参构造函数，指定Map集合：

 1public void putAll(Map<? extends K, ? extends V> m) { 2        int numKeysToBeAdded = m.size(); 3        if (numKeysToBeAdded == 0) 4            return; 5 6        if (table == EMPTY_TABLE) { 7            inflateTable((int) Math.max(numKeysToBeAdded * loadFactor, threshold)); 8        } 910        if (numKeysToBeAdded > threshold) {11            int targetCapacity = (int)(numKeysToBeAdded / loadFactor + 1);12            if (targetCapacity > MAXIMUM_CAPACITY)13                targetCapacity = MAXIMUM_CAPACITY;14            int newCapacity = table.length;15            while (newCapacity < targetCapacity)16                newCapacity <<= 1;17            if (newCapacity > table.length)18                resize(newCapacity);19        }2021        for (Map.Entry<? extends K, ? extends V> e : m.entrySet())22            put(e.getKey(), e.getValue());23    }复制代码

说明：执行构造函数时，存储元素的数组并不会进行初始化，而是在第一次放入元素的时候，才会进行初始化操作。创建HashMap对象时，仅仅计算初始容量和新增阈值。

添加元素

1、源码：

 1public V put(K key, V value) { 2    if (table == EMPTY_TABLE) { 3        inflateTable(threshold);//初始化数组 4    } 5    if (key == null)//key为null，做key为null的添加 6        return putForNullKey(value); 7    int hash = hash(key);//计算键值的哈希 8    int i = indexFor(hash, table.length);//根据哈希值获取在数组中的索引位置 9    for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) {//遍历索引位置的单链表，判断是否存在指定key10        Object k;11        if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {//key已存在则更新value值12            V oldValue = e.value;13            e.value = value;14            e.recordAccess(this);15            return oldValue;16        }17    }1819    modCount++;20    addEntry(hash, key, value, i);//key不存在，则插入元素21    return null;22}2324private V putForNullKey(V value) {25    for (Entry<K,V> e = table[0]; e != null; e = e.next) {26        if (e.key == null) {//key为null已存在，更新value值27            V oldValue = e.value;28            e.value = value;29            e.recordAccess(this);30            return oldValue;31        }32    }33    modCount++;34    addEntry(0, null, value, 0);//不存在则新增，key为null的哈希值为035    return null;36}3738void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {39    if ((size >= threshold) && (null != table[bucketIndex])) {//插入位置存在元素，并且元素个数大于等于新增阈值40        resize(2 * table.length);//进行2倍扩容41        hash = (null != key) ? hash(key) : 0;//扩容中可能会调整哈希种子的值，所以重新计算哈希值42        bucketIndex = indexFor(hash, table.length);//重新计算在扩容后数组中的位置43    }4445    createEntry(hash, key, value, bucketIndex);//添加元素46}4748//计算对象哈希值49final int hash(Object k) {50    int h = hashSeed;51    if (0 != h && k instanceof String) {//String采用单独的算法52        return sun.misc.Hashing.stringHash32((String) k);53    }5455    h ^= k.hashCode();//利用哈希种子异或哈希值，为了进行优化，增加随机性5657    h ^= (h >>> 20) ^ (h >>> 12);58    return h ^ (h >>> 7) ^ (h >>> 4);//这里的移位异或操作属于扰乱函数，都是为了增加哈希值的随机性，降低哈希冲突的概率59}6061void createEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {62    Entry<K,V> e = table[bucketIndex];63    table[bucketIndex] = new Entry<>(hash, key, value, e);//新增元素插入到数组索引位置，原来元素作为其后继节点，即采用头插入方法64    size++;65}复制代码

2、流程图：

3、示例：

初始化数组

1、源码：

 1//根据指定的大小，初始化数组 2private void inflateTable(int toSize) { 3    // Find a power of 2 >= toSize 4    int capacity = roundUpToPowerOf2(toSize); 5 6    threshold = (int) Math.min(capacity * loadFactor, MAXIMUM_CAPACITY + 1);//根据容量和加载因子计算阈值，最大为2^30+1 7    table = new Entry[capacity];//创建指定容量大小的数组 8    initHashSeedAsNeeded(capacity); 9}1011//获取大于指定值的最小2次幂，最大为2^3012private static int roundUpToPowerOf2(int number) {13    // assert number >= 0 : "number must be non-negative";14    return number >= MAXIMUM_CAPACITY15            ? MAXIMUM_CAPACITY16            : (number > 1) ? Integer.highestOneBit((number - 1) << 1) : 1;17}复制代码

2、说明：

关于哈希种子，是为了优化哈希函数，让其值更加随机，从而降低哈希冲突的概率。通过HashMap中私有静态类Holder，在JVM启动的时候，指定-Djdk.map.althashing.threshold=值，来设置可选的哈希阈值，从而在initHashSeedAsNeeded中决定是否需要调整哈希种子。

 1private static class Holder { 2 3    /** 4     * Table capacity above which to switch to use alternative hashing. 5     */ 6    static final int ALTERNATIVE_HASHING_THRESHOLD; 7 8    static { 9        String altThreshold = java.security.AccessController.doPrivileged(10            new sun.security.action.GetPropertyAction(11                "jdk.map.althashing.threshold"));//通过-Djdk.map.althashing.threshold=值指定可选哈希阈值1213        int threshold;14        try {15            threshold = (null != altThreshold)16                    ? Integer.parseInt(altThreshold)17                    : ALTERNATIVE_HASHING_THRESHOLD_DEFAULT;//默认为Integer.MAX_VALUE1819            // disable alternative hashing if -120            if (threshold == -1) {21                threshold = Integer.MAX_VALUE;22            }2324            if (threshold < 0) {25                throw new IllegalArgumentException("value must be positive integer.");26            }27        } catch(IllegalArgumentException failed) {28            throw new Error("Illegal value for 'jdk.map.althashing.threshold'", failed);29        }3031        ALTERNATIVE_HASHING_THRESHOLD = threshold;//指定可选的哈希阈值，在initHashSeedAsNeeded作为是否初始化哈希种子的判定条件32    }33}3435//根据容量决定是否需要初始化哈希种子36final boolean initHashSeedAsNeeded(int capacity) {37    boolean currentAltHashing = hashSeed != 0;//哈希种子默认为038    boolean useAltHashing = sun.misc.VM.isBooted() &&39            (capacity >= Holder.ALTERNATIVE_HASHING_THRESHOLD);//如果容量大于可选的哈希阈值，则需要初始化哈希种子40    boolean switching = currentAltHashing ^ useAltHashing;41    if (switching) {42        hashSeed = useAltHashing43            ? sun.misc.Hashing.randomHashSeed(this)//生成一个随机的哈希种子44            : 0;45    }46    return switching;47}复制代码

扩容

1、源码：

 1//按照指定容量进行数组扩容 2void resize(int newCapacity) { 3    Entry[] oldTable = table; 4    int oldCapacity = oldTable.length; 5    if (oldCapacity == MAXIMUM_CAPACITY) {//原有容量达到最大值，则不再扩容 6        threshold = Integer.MAX_VALUE; 7        return; 8    } 910    Entry[] newTable = new Entry[newCapacity];11    transfer(newTable, initHashSeedAsNeeded(newCapacity));12    table = newTable;13    threshold = (int)Math.min(newCapacity * loadFactor, MAXIMUM_CAPACITY + 1);//按照扩容后容量重新计算阈值14}1516//将元素重新分配到新数组中17void transfer(Entry[] newTable, boolean rehash) {18    int newCapacity = newTable.length;19    for (Entry<K,V> e : table) {//遍历原数组20        while(null != e) {21            Entry<K,V> next = e.next;22            if (rehash) {//扩容后数组需要重新计算哈希23                e.hash = null == e.key ? 0 : hash(e.key);24            }25            int i = indexFor(e.hash, newCapacity);//计算新数组中的位置26            e.next = newTable[i];//采用头插入法，添加到新数组中27            newTable[i] = e;28            e = next;29        }30    }31}复制代码

2、问题：

上述扩容代码，在并发情况下执行，就会出现常说的链表成环的问题，下面通过示例来分析：
2.1、初始状态：

线程1插入18，线程2插入26。此时线程1发现size为6，进行扩容。线程2发现size为6，也进行扩容。
2.2、 线程1执行：
     线程1首先获取到CPU执行权，执行transfer()中代码：

 1for (Entry<K,V> e : table) { 2    while(null != e) { 3        Entry<K,V> next = e.next;//线程1执行到此行代码，e为10，next为2。此时CPU调度线程2执行。 4        if (rehash) { 5            e.hash = null == e.key ? 0 : hash(e.key); 6        } 7        int i = indexFor(e.hash, newCapacity); 8        e.next = newTable[i]; 9        newTable[i] = e;10        e = next;11    }12}复制代码

2.3、 线程2执行：
     线程2此时获取到CPU执行权，执行transfer()中代码：

 1for (Entry<K,V> e : table) { 2    while(null != e) { 3        Entry<K,V> next = e.next; 4        if (rehash) { 5            e.hash = null == e.key ? 0 : hash(e.key); 6        } 7        int i = indexFor(e.hash, newCapacity); 8        e.next = newTable[i]; 9        newTable[i] = e;10        e = next;11    }12}复制代码

第一次遍历：e为10，next为2，rehash为false，i为2，newTable[2]为null，10.next为null，newTable[2]为10，e为2。
     第二次遍历：e为2，next为null，rehash为false，i为2，newTable[2]为10，2.next为10，newTable[2]为2，e为null。
     第三次遍历：e为null，退出循环。
     注意，此时原table中元素2的next指向了10。

2.4、 线程1执行：

 1for (Entry<K,V> e : table) { 2    while(null != e) { 3        Entry<K,V> next = e.next;//线程1执行到此行代码，e为10，next为2。CPU调度线程1继续执行。 4        if (rehash) { 5            e.hash = null == e.key ? 0 : hash(e.key); 6        } 7        int i = indexFor(e.hash, newCapacity); 8        e.next = newTable[i]; 9        newTable[i] = e;10        e = next;11    }12}复制代码

当前：e为10，next为2，rehash为false，i为2，newTable[2]为null，修改：10.next为null，newTable[2]为10，e为2。
     第二次遍历：当前：e为2，next为10【线程2执行后的结果】，rehash为false，i为2，newTable[2]为10，修改：2.next为10，newTable[2]为2，e为10。
     第三次遍历：当前：e为10，next为null，rehash为false，i为2，newTable[2]为2，修改：10.next为2，newTable[2]为10，e为null，退出循环。
此时，链表成环，如果进行查找，会陷入死循环！！！

3、说明：

由上例可知，HashMap在jdk1.7中采用头插入法，在扩容时会改变链表中元素原本的顺序，以至于在并发场景下导致链表成环的问题。而在jdk1.8中采用尾插入法，在扩容时会保持链表元素原本的顺序，就不会出现链表成环的问题了。

总结

通过上述的分析，在这里总结下HashMap在1.7和1.8之间的变化：

• 1.7采用数组+单链表，1.8在单链表超过一定长度后改成红黑树存储
• 1.7扩容时需要重新计算哈希值和索引位置，1.8并不重新计算哈希值，巧妙地采用和扩容后容量进行&操作来计算新的索引位置。
• 1.7插入元素到单链表中采用头插入法，1.8采用的是尾插入法。

通过对HashMap在jdk1.7和1.8中源码的学习，深深地体会到一个道理：一切设计都有着它背后的原因。作为学习者，我们需要不断的问自己，为什么这么设计，这么设计有什么好处。本着这样的学习态度，我想不久的将来，你就会变成他。
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