HashMap源码分析

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前言

HashMap应该是Java集合框架中用的最多的一个集合框架了，也是每次面试面试官最喜欢问的集合框架之一。面试官喜欢问的问题我汇总如下：

  1. 谈谈HashMap的初始化容量是多少？
  2. HashMap的扩容机制是怎么样的？
  3. HashMap的遍历有哪几种？哪种是速度比较快的？
    带着这些疑问，去解开HashMap的神秘面纱。
    jdk1.8中的HashMap实现方式变成了数组+链表+红黑树的实现方式。当链表的长度超过8个node的时候采用红黑树的结构。
    首先来看下源码：

    put方法的实现

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final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,
                  boolean evict) {
       Node<K,V>[] tab; Node<K,V> 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<K,V> 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<K,V>)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;
   }

首先来看下源码大致实现：

  • 如果当前的table等于null，则初始化table，否则判断table[i]的首个元素是否和key一样，如果相同的话覆盖value。
  • 如果table[i]是否为treeNode，即红黑树，则直接在数组插入键值对。
  • 第三步table[i],判断链表长度是否大于8，大于8的话把整个tab和链表换为红黑树。

    hash碰撞方法

    分析源码的时候看到容量必须为2的幂次方，为什么不能是其他的数字呢，原来这里来计算该node在数组中的位置的，因为位运算比取余的速度更快。
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if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)

也可以这样写：

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

但是这个效率太低了。至于初始容量16为什么，因为能减少碰撞的次数，加快查询的效率。16这个数字也正好是2的幂次方。

get方法获取

get方法主要通过是否通过命中节点来判断：源码大概如下：

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final Node<K,V> getNode(int hash, Object key) {
     Node<K,V>[] tab; Node<K,V> first, e; int n; K k;
     if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 &&
         (first = tab[(n - 1) & hash]) != null) {
         if (first.hash == hash && // always check first node
             ((k = first.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
             return first;
         if ((e = first.next) != null) {
             if (first instanceof TreeNode)
                 return ((TreeNode<K,V>)first).getTreeNode(hash, key);
             do {
                 if (e.hash == hash &&
                     ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                     return e;
             } while ((e = e.next) != null);
         }
     }
     return null;
 }
  • 第一次通过桶的第一个元素判断是否相等，如果相等则直接返回。
  • 如果没有命中，就去红黑树中获取，否则就去链表中获取。

hashMap的扩容机制

扩容就是重新计算容量，向hashMap对象里不停的添加元素，具体来看看它的源码实现：

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final Node<K,V>[] resize() {
       Node<K,V>[] 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<K,V>[] newTab = (Node<K,V>[])new Node[newCap];
       table = newTab;
       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;
                   else if (e instanceof TreeNode)
                       ((TreeNode<K,V>)e).split(this, newTab, j, oldCap);
                   else { // preserve order
                       Node<K,V> loHead = null, loTail = null;
                       Node<K,V> hiHead = null, hiTail = null;
                       Node<K,V> 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;
   }

可以看到jdk1.8的扩容是分成两个链表来进行的。对于最高位为0的数据不需要从新在hash一次，直接存放在newTab[j]中，而最高为为1的数据则放在newTab[j + oldCap] 中。这种写法非常巧妙。

遍历的方法

HashMap可以采用keySet和entrySet来遍历，其中keySet是取到所有的key，之后在通过get取到value，而entrySet则保存了key和value的值，只要取一次就够了。
jdk1.8中可以使用map.Foreach来遍历对应的数据，其对应的实现也是调用迭代器进行遍历，通常在遍历的时候采用entrySet的实现就好了。

总结

hashMap集合框架中采用了大量的位运算操作，包括hash操作和扩容时候的再次hash操作。平时开发的时候可以注意这种写法提高效率。