简介

HashMap采用key/value存储结构，每个key对应唯一的value，查询和修改的速度都很快，能达到O(1)的平均时间复杂度。它是非线程安全的，且不保证元素存储的顺序；

继承体系

HashMap实现了Cloneable，可以被克隆。

HashMap实现了Serializable，可以被序列化。

HashMap继承自AbstractMap，实现了Map接口，具有Map的所有功能。

存储结构

在Java中，HashMap的实现采用了(数组 + 链表 + 红黑树)的复杂结构，数组的一个元素又称作桶。

在添加元素时，会根据hash值算出元素在数组中的位置，如果该位置没有元素，则直接把元素放置在此处，如果该位置有元素了，则把元素以链表的形式放置在链表的尾部。

当一个链表的元素个数达到一定的数量(且数组的长度达到一定的长度)后，则把链表转化为红黑树，从而提高效率。

数组的查询效率为O(1)，链表的查询效率是O(k)，红黑树的查询效率是O(log k)，k为桶中的元素个数，所以当元素数量非常多的时候，转化为红黑树能极大地提高效率。

源码解析

属性

/** * 默认的初始容量为16 */static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4;/** * 最大的容量为2的30次方 */static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;/** * 默认的装载因子 */static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;/** * 当一个桶中的元素个数大于等于8时进行树化 */static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8;/** * 当一个桶中的元素个数小于等于6时把树转化为链表 */static final int UNTREEIFY_THRESHOLD = 6;/** * 当桶的个数达到64的时候才进行树化 */static final int MIN_TREEIFY_CAPACITY = 64;/** * 数组，又叫作桶(bucket) */transient Node[] table;/** * 作为entrySet()的缓存 */transient Set> entrySet;/** * 元素的数量 */transient int size;/** * 修改次数，用于在迭代的时候执行快速失败策略 */transient int modCount;/** * 当桶的使用数量达到多少时进行扩容，threshold = capacity * loadFactor */int threshold;/** * 装载因子 */final float loadFactor;

(1)容量

容量为数组的长度，亦即桶的个数，默认为16，最大为2的30次方，当容量达到64时才可以树化。

(2)装载因子

装载因子用来计算容量达到多少时才进行扩容，默认装载因子为0.75。

(3)树化

树化，当容量达到64且链表的长度达到8时进行树化，当链表的长度小于6时反树化。

Node内部类

Node是一个典型的单链表节点，其中，hash用来存储key计算得来的hash值。

static class Node implements Map.Entry { final int hash; final K key; V value; Node next;}

TreeNode内部类

这是一个神奇的类，它继承自LinkedHashMap中的Entry类，关于LInkedHashMap.Entry这个类我们后面再讲。

TreeNode是一个典型的树型节点，其中，prev是链表中的节点，用于在删除元素的时候可以快速找到它的前置节点。

// 位于HashMap中static final class TreeNode extends LinkedHashMap.Entry { TreeNode parent; // red-black tree links TreeNode left; TreeNode right; TreeNode prev; // needed to unlink next upon deletion boolean red;}// 位于LinkedHashMap中，典型的双向链表节点static class Entry extends HashMap.Node { Entry before, after; Entry(int hash, K key, V value, Node next) { super(hash, key, value, next); }}

HashMap()构造方法

空参构造方法，全部使用默认值。

public HashMap() { this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR; // all other fields defaulted}

HashMap(int initialCapacity)构造方法

调用HashMap(int initialCapacity, float loadFactor)构造方法，传入默认装载因子。

public HashMap(int initialCapacity) { this(initialCapacity, DEFAULT_LOAD_FACTOR);}

HashMap(int initialCapacity)构造方法

判断传入的初始容量和装载因子是否合法，并计算扩容门槛，扩容门槛为传入的初始容量往上取最近的2的n次方。

public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) { // 检查传入的初始容量是否合法 if (initialCapacity < 0) throw new IllegalArgumentException("Illegal initial capacity: " + initialCapacity); if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY) initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY; // 检查装载因子是否合法 if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor)) throw new IllegalArgumentException("Illegal load factor: " + loadFactor); this.loadFactor = loadFactor; // 计算扩容门槛 this.threshold = tableSizeFor(initialCapacity);}static final int tableSizeFor(int cap) { // 扩容门槛为传入的初始容量往上取最近的2的n次方 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;}

put(K key, V value)方法

添加元素的入口。

public V put(K key, V value) { // 调用hash(key)计算出key的hash值 return putVal(hash(key), key, value, false, true);}static final int hash(Object key) { int h; // 如果key为null，则hash值为0，否则调用key的hashCode()方法 // 并让高16位与整个hash异或，这样做是为了使计算出的hash更分散 return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);}final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent, boolean evict) { Node[] tab; Node p; int n, i; // 如果桶的数量为0，则初始化 if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0) // 调用resize()初始化 n = (tab = resize()).length; // (n - 1) & hash 计算元素在哪个桶中 // 如果这个桶中还没有元素，则把这个元素放在桶中的第一个位置 if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null) // 新建一个节点放在桶中 tab[i] = newNode(hash, key, value, null); else { // 如果桶中已经有元素存在了 Node e; K k; // 如果桶中第一个元素的key与待插入元素的key相同，保存到e中用于后续修改value值 if (p.hash == hash && ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) e = p; else if (p instanceof TreeNode) // 如果第一个元素是树节点，则调用树节点的putTreeVal插入元素 e = ((TreeNode) p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value); else { // 遍历这个桶对应的链表，binCount用于存储链表中元素的个数 for (int binCount = 0; ; ++binCount) { // 如果链表遍历完了都没有找到相同key的元素，说明该key对应的元素不存在，则在链表最后插入一个新节点 if ((e = p.next) == null) { p.next = newNode(hash, key, value, null); // 如果插入新节点后链表长度大于8，则判断是否需要树化，因为第一个元素没有加到binCount中，所以这里-1 if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st treeifyBin(tab, hash); break; } // 如果待插入的key在链表中找到了，则退出循环 if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) break; p = e; } } // 如果找到了对应key的元素 if (e != null) { // existing mapping for key // 记录下旧值 V oldValue = e.value; // 判断是否需要替换旧值 if (!onlyIfAbsent || oldValue == null) // 替换旧值为新值 e.value = value; // 在节点被访问后做点什么事，在LinkedHashMap中用到 afterNodeAccess(e); // 返回旧值 return oldValue; } } // 到这里了说明没有找到元素 // 修改次数加1 ++modCount; // 元素数量加1，判断是否需要扩容 if (++size > threshold) // 扩容 resize(); // 在节点插入后做点什么事，在LinkedHashMap中用到 afterNodeInsertion(evict); // 没找到元素返回null return null;}

(1)计算key的hash值；

(2)如果桶(数组)数量为0，则初始化桶；

(3)如果key所在的桶没有元素，则直接插入；

(4)如果key所在的桶中的第一个元素的key与待插入的key相同，说明找到了元素，转后续流程(9)处理；

(5)如果第一个元素是树节点，则调用树节点的putTreeVal()寻找元素或插入树节点；

(6)如果不是以上三种情况，则遍历桶对应的链表查找key是否存在于链表中；

(7)如果找到了对应key的元素，则转后续流程(9)处理；

(8)如果没找到对应key的元素，则在链表最后插入一个新节点并判断是否需要树化；

(9)如果找到了对应key的元素，则判断是否需要替换旧值，并直接返回旧值；

(10)如果插入了元素，则数量加1并判断是否需要扩容；

resize()方法

扩容方法。

final Node[] resize() { // 旧数组 Node[] oldTab = table; // 旧容量 int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length; // 旧扩容门槛 int oldThr = threshold; int newCap, newThr = 0; if (oldCap > 0) { if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) { // 如果旧容量达到了最大容量，则不再进行扩容 threshold = Integer.MAX_VALUE; return oldTab; } else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY && oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY) // 如果旧容量的两倍小于最大容量并且旧容量大于默认初始容量(16)，则容量扩大为两部，扩容门槛也扩大为两倍 newThr = oldThr << 1; // double threshold } else if (oldThr > 0) // initial capacity was placed in threshold // 使用非默认构造方法创建的map，第一次插入元素会走到这里 // 如果旧容量为0且旧扩容门槛大于0，则把新容量赋值为旧门槛 newCap = oldThr; else { // zero initial threshold signifies using defaults // 调用默认构造方法创建的map，第一次插入元素会走到这里 // 如果旧容量旧扩容门槛都是0，说明还未初始化过，则初始化容量为默认容量，扩容门槛为默认容量*默认装载因子 newCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY; newThr = (int) (DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY); } if (newThr == 0) { // 如果新扩容门槛为0，则计算为容量*装载因子，但不能超过最大容量 float ft = (float) newCap * loadFactor; newThr = (newCap < MAXIMUM_CAPACITY && ft < (float) MAXIMUM_CAPACITY ? (int) ft : Integer.MAX_VALUE); } // 赋值扩容门槛为新门槛 threshold = newThr; // 新建一个新容量的数组 @SuppressWarnings({"rawtypes