HashMap源码分析
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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了HashMap源码分析相关的知识，希望对你有一定的参考价值。
- 在 JDK1.8 中，HashMap 是由 数组+链表+红黑树构成(1.7版本是数组+链表)
- 当一个值中要存储到HashMap中的时候会根据Key的值来计算出他的hash，通过hash值来确认存放到数组中的位置，如果发生hash冲突就以链表的形式存储，当链表过长的话，HashMap会把这个链表转换成红黑树来存储，如图所示：
一、源码分析
1、类成员
/**
* 默认初始容量16(必须是2的幂次方)
*/
static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4;
/**
* 最大容量，2的30次方
*/
static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;
/**
* 默认加载因子，用来计算threshold
*/
static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;
/**
* 链表转成树的阈值，当桶中链表长度大于8时转成树
threshold = capacity * loadFactor
*/
static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8;
/**
* 进行resize操作时，若桶中数量少于6则从树转成链表
*/
static final int UNTREEIFY_THRESHOLD = 6;
/**
* 桶中结构转化为红黑树对应的table的最小大小
当需要将解决 hash 冲突的链表转变为红黑树时，
需要判断下此时数组容量，
若是由于数组容量太小（小于 MIN_TREEIFY_CAPACITY ）
导致的 hash 冲突太多，则不进行链表转变为红黑树操作，
转为利用 resize() 函数对 hashMap 扩容
*/
static final int MIN_TREEIFY_CAPACITY = 64;
/**
保存Node<K,V>节点的数组
该表在首次使用时初始化，并根据需要调整大小。 分配时，
长度始终是2的幂。
*/
transient Node<K,V>[] table;
/**
* 存放具体元素的集
*/
transient Set<Map.Entry<K,V>> entrySet;
/**
* 记录 hashMap 当前存储的元素的数量
*/
transient int size;
/**
* 每次更改map结构的计数器
*/
transient int modCount;
/**
* 临界值 当实际大小(容量*填充因子)超过临界值时，会进行扩容
*/
int threshold;
/**
* 负载因子：要调整大小的下一个大小值（容量*加载因子）。
*/
final float loadFactor;
2、构造方法
/**
* 传入初始容量大小，使用默认负载因子值 来初始化HashMap对象
*/
public HashMap(int initialCapacity)
this(initialCapacity, DEFAULT_LOAD_FACTOR);
/**
* 默认容量和负载因子
*/
public HashMap()
this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR; // all other fields defaulted
/**
* 传入初始容量大小和负载因子 来初始化HashMap对象
*/
public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor)
// 初始容量不能小于0，否则报错
if (initialCapacity < 0)
throw new IllegalArgumentException("Illegal initial capacity: " +
initialCapacity);
// 初始容量不能大于最大值，否则为最大值
if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY)
initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY;
//负载因子不能小于或等于0，不能为非数字
if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor))
throw new IllegalArgumentException("Illegal load factor: " +
loadFactor);
// 初始化负载因子
this.loadFactor = loadFactor;
// 初始化threshold大小
this.threshold = tableSizeFor(initialCapacity);
/**
* 找到大于或等于 cap 的最小2的整数次幂的数。
*/
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;
tableSizeFor方法详解：
用位运算找到大于或等于 cap 的最小2的整数次幂的数。比如10，则返回16
- 让cap-1再赋值给n的目的是使得找到的目标值大于或等于原值。例如二进制0100,十进制是4,若不减1而直接操作，答案是0001 0000十进制是16，明显不符合预期。
- 对n右移1位：001xx…xxx，再位或：011xx…xxx
- 对n右移2位：00011…xxx，再位或：01111…xxx
- 对n右移4位…
- 对n右移8位…
- 对n右移16位,因为int最大就2^32所以移动1、2、4、8、16位并取位或,会将最高位的1后面的位全变为1。
- 再让结果n+1，即得到了2的整数次幂的值了。
loadFactor 负载因子
对于 HashMap 来说，负载因子是一个很重要的参数，该参数反应了 HashMap 桶数组的使用情况。通过调节负载因子，可使 HashMap 时间和空间复杂度上有不同的表现。
-
当我们调低负载因子时，HashMap 所能容纳的键值对数量变少。扩容时，重新将键值对存储新的桶数组里，键的键之间产生的碰撞会下降，链表长度变短。此时，HashMap 的增删改查等操作的效率将会变高，这里是典型的拿空间换时间。
-
相反，如果增加负载因子（负载因子可以大于1），HashMap 所能容纳的键值对数量变多，空间利用率高，但碰撞率也高。这意味着链表长度变长，效率也随之降低，这种情况是拿时间换空间。
一般情况下，我们用默认值就可以了。大多数情况下0.75在时间跟空间代价上达到了平衡所以不建议修改。
hash ^ (hash >>> 16) 让数据的 hash 值的高 16 位与低 16 位进行与或混合，可以减少低位相同时数据插入冲突的概率
3、插入
public V put(K key, V value)
// 调用hash(key)方法来计算hash
return putVal(hash(key), key, value, false, true);
final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,
boolean evict)
Node<K,V>[] tab;
Node<K,V> p;
int n, i;
// 容量初始化：当table为空，则调用resize()方法来初始化容器
if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
n = (tab = resize()).length;
//确定元素存放在哪个桶中，桶为空，新生成结点放入桶中
if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
else
Node<K,V> e; K k;
// 比较桶中第一个元素(数组中的结点)的hash值相等，key相等
if (p.hash == hash &&
((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
//如果键的值以及节点 hash 等于链表中的第一个键值对节点时，则将 e 指向该键值对
e = p;
// 如果桶中的引用类型为 TreeNode，则调用红黑树的插入方法
else if (p instanceof TreeNode)
// 放入树中
e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
else
//对链表进行遍历，并统计链表长度
for (int binCount = 0; ; ++binCount)
// 到达链表的尾部
if ((e = p.next) == null)
//在尾部插入新结点
p.next = newNode(hash, key, value, null);
// 如果结点数量达到阈值，转化为红黑树
if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st
treeifyBin(tab, hash);
break;
// 判断链表中结点的key值与插入的元素的key值是否相等
if (e.hash == hash &&
((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
break;
p = e;
//判断要插入的键值对是否存在 HashMap 中
if (e != null) // existing mapping for key
V oldValue = e.value;
// onlyIfAbsent 表示是否仅在 oldValue 为 null 的情况下更新键值对的值
if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
e.value = value;
afterNodeAccess(e);
return oldValue;
++modCount;
// 键值对数量超过阈值时，则进行扩容
if (++size > threshold)
resize();
afterNodeInsertion(evict);
return null;
事实上，new HashMap();完成后，如果没有put操作，是不会分配存储空间的。
- 当桶数组 table 为空时，通过扩容的方式初始化 table
- 查找要插入的键值对是否已经存在，存在的话根据条件判断是否用新值替换旧值
- 如果不存在，则将键值对链入链表中，并根据链表长度决定是否将链表转为红黑树
- 判断键值对数量是否大于阈值，大于的话则进行扩容操作
链表转红黑树的条件是链表的长度大于8并且桶的数量大于64（也就是数组的长度）。
HashMap put过程：
- 计算 key 的 hash 值。
计算方式是：(key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
-
检查当前数组是否为空，为空第一次插入值的时候初始化容量16 ，负载因子默认 0.75。
-
计算 key 在数组中的坐标。
计算方式：(容量 - 1) & hash
因为容量总是2的次方，所以-1的值的二进制总是全1。方便与 hash 值进行与运算。
-
如果计算出的坐标元素为空，创建节点加入，put 结束。
如果当前数组容量大于负载因子设置的容量，进行扩容。
-
如果计算出的坐标元素有值。
-
如果坐标上的元素值和要加入的值 key 完全一样，覆盖原有值。
-
如果坐标上的元素是红黑树，把要加入的值和 key 加入到红黑树。
-
如果坐标上的元素和要加入的元素不同（尾插法增加）。
-
如果 next 节点为空，把要加入的值和 key 加入 next 节点。
-
如果 next 节点不为空，循环查看 next 节点。
-
如果发现有 next 节点的 key 和要加入的 key 一样，对应的值替换为新值。
-
如果循环 next 节点查找超过8层还不为空，并且桶数量大于64，则把这个位置元素转换为红黑树。
-
-
4、查找
public V get(Object key)
Node<K,V> e;
return (e = getNode(hash(key), key)) == null ? null : e.value;
// 获取hash值
static final int hash(Object key)
int h;
// 拿到key的hash值后与其五符号右移16位取与
// 通过这种方式，让高位数据与低位数据进行异或，以此加大低位信息的随机性，变相的让高位数据参与到计算中。
return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
final Node<K,V> getNode(int hash, Object key)
Node<K,V>[] tab;
Node<K,V> first, e;
int n; K k;
// 定位键值对所在桶的位置
if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 &&
(first = tab[(n - 1) & hash]) != null)
// 判断桶中第一项(数组元素)相等
if (first.hash == hash && // always check first node
((k = first.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
return first;
// 桶中不止一个结点
if ((e = first.next) != null)
// 是否是红黑树，是的话调用getTreeNode方法
if (first instanceof TreeNode)
return ((TreeNode<K,V>)first).getTreeNode(hash, key);
// 不是红黑树的话，在链表中遍历查找
do
if (e.hash == hash &&
((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
return e;
while ((e = e.next) != null);
return null;
- HashMap的hash算法(hash()方法)。
- (n - 1) & hash等价于对 length 取余。
5、扩容机制
在 HashMap 中，桶数组的长度均是2的幂，阈值大小为桶数组长度与负载因子的乘积。当 HashMap 中的键值对数量超过阈值时，进行扩容。
HashMap 按当前桶数组长度的2倍进行扩容，阈值也变为原来的2倍（如果计算过程中，阈值溢出归零，则按阈值公式重新计算）。扩容之后，要重新计算键值对的位置，并把它们移动到合适的位置上去。
扩容后元素的位置分为两种
- 原位置（原来Key的hash值的高位为0,e.hash & oldCap) == 0）
- 原位置+旧的桶数量（原来Key的hash值的高位为1）
final Node<K,V>[] resize()
// 拿到数组桶
Node<K,V>[] oldTab = table;
int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length;
int oldThr = threshold;
int newCap, newThr = 0;
// 如果数组桶的容量大与0
if (oldCap > 0)
// 如果比最大值还大，则赋值为最大值
if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY)
threshold = Integer.MAX_VALUE;
return oldTab;
// 如果扩容后小于最大值 而且 旧数组桶大于初始容量16， 阈值左移1(扩大2倍)
else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY &&
oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)
newThr = oldThr << 1; // double threshold
// 如果数组桶容量<=0 且 旧阈值 >0
else if (oldThr > 0) // initial capacity was placed in threshold
// 新容量=旧阈值
newCap = oldThr;
// 如果数组桶容量<=0 且 旧阈值 <=0
else // zero initial threshold signifies using defaults
// 新容量=默认容量
newCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY;
// 新阈值= 负载因子*默认容量
newThr = (int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY);
// 如果新阈值为0
if (newThr == 0)
// 重新计算阈值
float ft = (float)newCap * loadFactor;
newThr = (newCap < MAXIMUM_CAPACITY && ft < (float)MAXIMUM_CAPACITY ?
(int)ft : Integer.MAX_VALUE);
// 更新阈值
threshold = newThr;
@SuppressWarnings("rawtypes","unchecked")
// 创建新数组
Node<K,V>[] newTab = (Node<K,V>[])new Node[newCap];
// 覆盖数组桶
table = newTab;
// 如果旧数组桶不是空，则遍历桶数组，并将键值对映射到新的桶数组中
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;
// 如果是红黑树
else if (e instanceof TreeNode)
// 重新映射时，需要对红黑树进行拆分
((TreeNode<K,V>)e).split(this, newTab, j, oldCap);
else // preserve order
// 如果不是红黑树，则按链表处理
Node<K,V> loHead = null, loTail = null;
Node<K,V> hiHead = null, hiTail = null;
Node<K,V> next;
// 遍历链表，并将链表节点按原顺序进行分组
do
next = e.next;
if ((e.hash & oldCap) == 0)
if (loTail == null)
loHead = e;
else
loTail.next = e;
loTail = e;
else
if (hiTail == null)
hiHead = e;
else
hiTail.next = e;
hiTail = e;
while ((e = next) != null);
// 将分组后的链表映射到新桶中
if (loTail != null)
loTail.next = null;
newTab[j] = loHead;
if (hiTail != null)
hiTail.next = null;
newTab[j + oldCap] = hiHead;
return newTab;
整体步骤：
- 计算新桶数组的容量 newCap 和新阈值 newThr
- 根据计算出的 newCap 创建新的桶数组，桶数组 table 也是在这里进行初始化的
- 将键值对节点重新映射到新的桶数组里。如果节点是 TreeNode 类型，则需要拆分红黑树。如果是普通节点，则节点按原顺序进行分组。
总结起来，一共有三种扩容方式：
- 使用默认构造方法初始化HashMap。从前文可以知道HashMap在一开始初始化的时候会返回一个空的table，并且thershold为0。因此第一次扩容的容量为默认值DEFAULT_INITIAL_CAPACITY也就是16。同时threshold = DEFAULT_
以上是关于HashMap源码分析的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章