Java详细分析讲解HashMap

目录1.HashMap数据结构2.HashMap特点3.HashMap中put方法流程

java集合容器类分为Collection和Map两大类，Collection类的子接口有Set、List、Queue，Map类子接口有SortedMap。如ArrayList、HashMap的继承实现关系分别如下

1.HashMap数据结构

在jdk1.8中，底层数据结构是“数组+链表+红黑树”。HashMap其实底层实现还是数组，只是数组的每一项都是一条链，如下

当链表过长时，会严重影响HashMap的性能，红黑树的搜索时间复杂度是O(logn)，而链表是O(n)，因此在jdk1.8引入了红黑树做进一步优化，链表和红黑树在达到一定条件进行转换：

当链表转换为红黑树前会判断，如果当前数组的长度小于64，那么会选择先进行数组扩容，而不是转换为红黑树，以减少搜索时间；当链表超过8且数组长度超过64才会转为红黑树；

2.HashMap特点

HashMap存取是无序的；K和V都可以是null，但是K只能由一个null；阈值大于8且数组长度大于64时才将链表转换为红黑树，变成红黑树的目的是提高搜索速度。

链表转换为红黑树的原因：在数组比较小的时候如果出现红黑树，反而降低效率，而红黑树需要进行左旋右旋、变色操作来保持平衡，同事数组长度小于64时，搜索速度也较快。

默认加载因子为0.75的原因：HashMap中的threadhold是HashMap所能容纳键值对的最大值，计算公式为threadhold =leng*loadFactory，在数组定义好长度之后，负载因子越大，所能容纳的键值对的个数越大。loadFactory越趋近于1，那么数组中存放的数据越密集，就会有更多的链表长度处于更长的数值，我们的查询效率就会越低，当添加数据时，产生hash冲突的概率也会越高。loadFactory越趋近于0.数组中存放的数据越稀疏，0.75是对空间和时间效率的一种平衡选择，经过多重计算检验得到的可靠值。

hash值计算：hashCode方法是Object中的方法，所有类都可以对其进行使用，首先底层通过调用hashCode方法生成初始hash值h1，然后将h1无符号右移16位得到h2，之后将h1和h2进行按位异或运算得到最终的hash值h3，之后将h3与length-1进行按位与运算得到hash表索引。

3.HashMap中put方法流程

源码如下

public V OZGWEsdput(K key, V value) {

return putVal(hash(key), key, value, false, true);

}

/**

* Implements Map.put and related methods

*

* @param hash hash for key

* @param key the key

* @param value the value to put

* @param onlyIfAbsent if true, don't change existing value

* @param evict if false, the table is in creation mode.

* @return previous value, or null if none

*/

final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,

boolean evict) {

Node[] tab; Node p; int n, i;

if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)

n = (tab = resize()).length;

if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)

tab[i] = newNode(hash, key, value, null);

else {

Node e; K k;

if (p.hash == hash &&

((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))

e = p;

else if (p instanceof TreeNode)

e = ((TreeNode)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);

else {

for (int binCount = 0; ; ++binCount) {

if ((e = p.next) == null) {

p.next = newNode(hash, key, value, null);

if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st

treeifyBin(tab, hash);

break;

}

if (e.hash == hash &&

((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))

break;

p = e;

}

}

if (e != null) { // existing mapping for key

V oldValue = e.value;

if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)

e.value = value;

afterNodeAccess(e);

return oldValue;

}

}

++modCount;

if (++size > threshold)

resize();

afterNodeInsertion(evict);

return null;

}

首先根据key的值计算hash值，找到该元素在数组中存储的下标；

若数组是空的，则调用resize进行初始化；

若没有hash冲突，则直接放在对应的数组下标里；

若发生hash冲突了，且key已经存储，就覆盖掉value；

若发生hash冲突后是链表结构，就判断该链表是否大于8，若大于8且数组容量小于64，就进行扩容；若链表节点数量大于8且数组容量大于64，则将这个OZGWEsd结构转换位红黑树；否则链表插入键值对，若key存在则覆盖掉value；

若hash冲突后，发现该节点是红黑树，就将这个节点挂在数上；

final Node[] resize() {

Node[] oldTab = table;

int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length;

int oldThr = threshold;

int newCap, newThr = 0;

if (oldCap > 0) {

if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) {

threshold = Integer.MAX_VALUE;

return oldTab;

}

else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY &&

oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)

newThr = oldThr << 1; // double threshold

}

else if (oldThr > 0) // initial capacity was placed in threshold

newCap = oldThr;

else { // zero initial threshold signifies using defaults

newCap = 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[] newTab = (Node[])new Node[newCap];

table = newTab;

if (oldTab != null) {

for (int j = 0; j < oldCap; ++j) {

Node 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)e).split(this, newTab, j, oldCap);

else { // preserve order

Node loHead = null, loTail = null;

OZGWEsd Node hiHead = null, hiTail = null;

Node next;

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);

if (loTail != null) {

loTail.next = null;

newTab[j] = loHead;

}

if (hiTail != null) {

hiTail.next = null;

newTab[j + oldCap] = hiHead;

}

}

}

}

}

return newTab;

}

hashMap在容量超过负载因子后就会扩容，将hashMap的大小扩大为原来数组的两倍。

HashMap是非线程安全的，在put的时候，插入的元素超过了容量的范围就会进行扩容操作rehash，这个会重新将原数组的内容重新hash到新的扩容数组中，在多线程的环境下，存在同时其他的元素也在进行put操作，如果hash值相同，可能出现在同一数组下用链表表示，造成闭环，导致在get操作时出现死循环，所以hashMap是线程不安全的。

继续理解源码的设计妙处。

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