JAVA入门学习：Java HashMap实例源码分析

Posted 2020-09-10

　　本文来源：http://www.zretc.com/technologyDetail/464.html

　　Entry是Map接口中的一个内部接口，它是实现键值对存储关键。在HashMap中，有Entry的实现类，叫做Entry。Entry类很简 单，里面包含key，value，由外部引入的hash，还有指向下一个Entry对象的引用，和数据结构中学的链表中的note节点很类似。

　　引言

　　HashMap在键值对存储中被经常使用，那么它到底是如何实现键值存储的呢？

　　一 Entry

　　Entry是Map接口中的一个内部接口，它是实现键值对存储关键。在HashMap中，有Entry的实现类，叫做Entry。Entry类很简 单，里面包含key，value，由外部引入的hash，还有指向下一个Entry对象的引用，和数据结构中学的链表中的note节点很类似。

　　Entry类的属性和构造函数:

　　1. final K key;

　　2. V value;

　　3. Entry next;

　　4. int hash;

　　5. /**

　　6. * Creates new entry.

　　7. */

　　8. Entry(int h, K k, V v, Entry n) {

　　9. value = v;

　　10. next = n;

　　11. key = k;

　　12. hash = h;

　　13. }

　　二 HashMap的初始化

　　1. //HashMap构造方法

　　2. public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {

　　3. if (initialCapacity < 0)

　　4. throw new IllegalArgumentException("Illegal initial capacity: " +

　　5. initialCapacity);

　　6. if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY)

　　7. initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY;

　　8. if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor))

　　9. throw new IllegalArgumentException("Illegal load factor: " +

　　10. loadFactor);

　　11. this.loadFactor = loadFactor;

　　12. threshold = initialCapacity;

　　13. init();

　　14. }

　　这是HashMap的构造函数之一，其他构造函数都引用这个构造函数进行初始化。参数InitialCapacity指的是HashMap中 table数组最初的大小，参数loadFactory指的是HashMap可容纳键值对与数组长度的比值（举个例子：数组长度默认值为 16，loadFactory默认值为0.75，如果HashMap中存储的键值对即Entry多于12，则会进行扩容，扩容后大小为当前数组长度的2 倍）。在构造函数中不会对数组进行初始化，只有在put等操作方法内会进行判断是否要初始化或扩容。

　　三 table数组

　　在HashMap中有一个概念叫做threshold(实际可容纳量)，实际可容纳量指的是在HashMap中允许存在最多的Entry的个数，它 是由HashMap中内置的数组table的长度*load factory(负载因子)得来。其作用是保证HashMap的效率。

　　table数组是HashMap实现键值对存储的又一关键，具体键值对是怎么存的呢？请看下图：

　　如图中的[key，value]就是Entry对象来实现的，而table数组是用来存放Entry对象的。

　　//数组的初始化：

　　1. private static int roundUpToPowerOf2(int number) {

　　2. return number >= MAXIMUM_CAPACITY

　　3. ? MAXIMUM_CAPACITY

　　4. : (number > 1) ? Integer.highestOneBit((number - 1) << 1) : 1;

　　5. }

　　6. private void inflateTable(int toSize) {

　　7. // Find a power of 2 >= toSize

　　8. int capacity = roundUpToPowerOf2(toSize);

　　9. threshold = (int) Math.min(capacity * loadFactor, MAXIMUM_CAPACITY + 1);

　　10. table = new Entry[capacity];

　　11. initHashSeedAsNeeded(capacity);

　　12. }

　　在put等方法中发现数组未进行初始化时会调用InflateTable方法进行初始化，输入参数为初始设置的InitialCapacity，实 际上他会调用roundUpToPowerOf2方法返回一个比初始容量大的最小的2的幂数（其中一个原因是在得到Entry所在数组位置时方便）。

　　四 put方法

　　1. public V put(K key, V value) {

　　2. if (table == EMPTY_TABLE) {

　　3. inflateTable(threshold);

　　4. }

　　5. if (key == null)

　　6. return putForNullKey(value);

　　7. int hash = hash(key);

　　8. int i = indexFor(hash, table.length);

　　9. for (Entry e = table[i]; e != null; e = e.next) {

　　10. Object k;

　　11. if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {

　　12. V oldValue = e.value;

　　13. e.value = value;

　　14. e.recordAccess(this);

　　15. return oldValue;

　　16. }

　　17. }

　　18. modCount++;

　　19. addEntry(hash, key, value, i);

　　20. return null;

　　21. }

　　22. private V putForNullKey(V value) {

　　23. for (Entry e = table[0]; e != null; e = e.next) {

　　24. if (e.key == null) {

　　25. V oldValue = e.value;

　　26. e.value = value;

　　27. e.recordAccess(this);

　　28. return oldValue;

　　29. }

　　30. }

　　31. modCount++;

　　32. addEntry(0, null, value, 0);

　　33. return null;

　　34. }

　　35. void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {

　　36. if ((size >= threshold) && (null != table[bucketIndex])) {

　　37. resize(2 * table.length);

　　38. hash = (null != key) ? hash(key) : 0;

　　39. bucketIndex = indexFor(hash, table.length);

　　40. }

　　41. createEntry(hash, key, value, bucketIndex);

　　42. }

　　43. void createEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {

　　44. Entry e = table[bucketIndex];

　　45. table[bucketIndex] = new Entry<>(hash, key, value, e);

　　46. size++;

　　47. }

　　在put方法中

　　1. 首先会判断数组是否为空，如果为空会对数组进行初始化。

　　2. 接下来判断key是否为null，如果为null就采用第二个方法对键值对进行put。

　　3. 接下来对key进行hash得到一个数值，再对这个数值进行处理（IndexFor方法）得到所在数组中的位置。

　　4. 接下来会遍历所在数组位置的链表，如果key的hash和传入key的hash相同且（key内存地址相等 或 equals方法相等），则意味着会更新在链表中的value值，并返回旧的value值。

　　5. 如果上边的方法都没有奏效，则会调用第三个方法，创建一个新的Entry对象。

　　在putForNullKey方法中 ，我们看到它是为了NULL值专门设置的，NULL值的hash始终为0，所以key为NULL的Entry对象肯定在数组的第0个位置。同样，如果找到则更新，没有找到则添加。

　　调用addEntry方法 意味着要往这个数组链表中添加一个Entry，所以会在最开始判断已经存在的Entry数量是否超过了实际可容纳量。如果超过了，则会调用resize方 法将数组扩大两倍，注意在扩大之后会对已经存入的Entry进行重排，原因是当初存入时IndexFor方法与数组长度有关系。接着会调用第四个方法。

　　createEntry方法 很简单，就是将原本在数组中存放的链表头置入到新的Entry之后，将新的Entry放入数组中。从这里我们可以看出HashMap不保证顺序问题。

　　get方法和contains方法原理和put方法一致，即先通过对key的hash得到其value值所在的链表头在数组中的位置，再通过equals方法判断value是否存在。

　　五 其他

　　1. //hash方法

　　2. final int hash(Object k) {

　　3. int h = hashSeed;

　　4. if (0 != h && k instanceof String) {

　　5. return sun.misc.Hashing.stringHash32((String) k);

　　6. }

　　7. h ^= k.hashCode();

　　8. // This function ensures that hashCodes that differ only by

　　9. // constant multiples at each bit position have a bounded

　　10. // number of collisions (approximately 8 at default load factor).

　　11. h ^= (h >>> 20) ^ (h >>> 12);

　　12. return h ^ (h >>> 7) ^ (h >>> 4);

　　13. }

　　hash方法中最终返回值与key的hashCode方法有关。

　　总结

　　1.最终数组初始化的容量大小会是大于等于你传入初始容量的最小2的幂数。

　　2.key为null或value为null能存入HashMap的原因是对null值会进行单独的操作。

　　3.在table数组中的链表中每个Entry的共同点是key的hash(key.hashCode)部分相同。

　　4.注意对key的hashCode和equals方法的重写当你想让两个key映射一个对象，因为判定key相等的条件是（hashCode相等+（内存相等 或 equals相等））。

　　5.最早存入的键值对会在链表的末端。

　　6.当数组没有链表存在时，HashMap性能最好为O(1)。而最差为O(threshould)。