HashMap
1、HashMap简介
1、HashMap是我们平时经常使用的一个对象，我们应该知道他是key-value的形式存放的，那具体底层是如何实现的呢，这片文档重新将map源码重要的代码注释全部写了一遍，我们一步一步看代码
2、简单介绍下hashMap存储的方式
1、初始化一个16长度的数组，每次当新对象put进来的时候，会先计算出这个对象的哈希值，存入到对应该哈希值的角标中
2、如果出现了两个哈希值相同的，会将新传入的对象传入到上一个对象的next中，这也就形成了链表，当链表长度大于8，数组长度大于64，就会将该条链表转换为红黑树，主要是为了查询效率
3、当数组存放的容量大于4分之三（可以自己设定），会进行扩容，扩容时将老数组的值重新全部计算哈希值传入到新的数组中
2、HashMap源码部分
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1、继承关系
1、AbstractMap：抽象map，实现了Map接口，hashMap继承AbstractMap主要是为了实现该AbstractMap的方法
2、Map:提供了接口以便子类使用，例如get，put等等
3、Cloneable：表示HashMap可以实现克隆
4、Serializable：序列化，可以被本地储存
public class HashMap<K, V> extends AbstractMap<K, V>
implements Map<K, V>, Cloneable, Serializable{}2、静态变量
从以下静态变量中，我们可以看出，hashMap的长度必须为2的幂次方，最大容量，扩容阈值（比如16的0.75就是12,12就会扩容），链表升级为红黑树的阈值为8，红黑树退化回链表的阈值为6，最后一个变量表明不止链表大于8，并且需要数组长度大于64，这时一个并且的关系
/**初始化长度 16，长度必须是2的幂次方*/
static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 16;
/**最大容量 1073741824 大于该容量就不再扩容*/
static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1073741824;
/**容量阈值 到达容量的 百分之75 扩容*/
static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;
/**当链表长度大于8 转换为红黑树的阈值*/
static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8;
/**当链表长度小于6 红黑树退化为链表*/
static final int UNTREEIFY_THRESHOLD = 6;
/**数组容量大于64 才能升级为 红黑树*/
static final int MIN_TREEIFY_CAPACITY = 64;3、常量
这里主要定义了必要的几个对象，table是为了存放现有的数组，数组的长度，被修改的次数，具体的扩容阈值threshold（上面静态常量中存放的是0.75，这里就是12）
/**数组*/
transient Node<K, V>[] table;
/**数组转换为的set*/
transient Set<Map.Entry<K, V>> entrySet;
/**数组数量*/
transient int size;
/**数组被修改次数*/
transient int modCount;
/**数组大于该值会被扩容 计算方式 （容量 *负载系数）例如默认就是 16 * 0.75 = 12 大于12就会扩容*/
int threshold;
/**容量阈值 到达容量的 百分之75 会扩容 该值是在构造时传入，如果没有传 会将 DEFAULT_LOAD_FACTOR 传入*/
final float loadFactor;4、构造方法
1、无参构造会默认数组长度和扩容阈值，也可以自定义传入数组长度和扩容阈值，但是注意一点，传入的数组长度会被tableSizeFor方法计算成大于该长度的的最小的二次方
/**
* 无参构造
* 只需要传入扩容阈值
* 其他字段都是默认
*
* 具体扩容的数组长度 没有初始化
*/
public HashMap() {
this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR;
}
/**
* 只传数组长度的构造
*/
public HashMap(int initialCapacity) {
this(initialCapacity, DEFAULT_LOAD_FACTOR);
}
/**
* 构造
* initialCapacity 初始化数组长度 不需要再次扩容
* loadFactor
*/
public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {
//初始化长度不能小于0
if (initialCapacity < 0) throw new IllegalArgumentException("Illegal initial capacity: " + initialCapacity);
//判断最大长度
if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY) initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY;
//如果扩容小于0或者没有 抛异常
if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor)) throw new IllegalArgumentException("Illegal load factor: " + loadFactor);
//初始化扩容
this.loadFactor = loadFactor;
//具体扩容的数组长度 必须为该值的最小的二次方 tableSizeFor可以返回该值的最小的二次方
this.threshold = tableSizeFor(initialCapacity);
}
/**
* 返回这个值的最小的2的n次方
*/
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;
}5、内部类
在讲方法前，我们先看下比较重要的node，这个就是核心要操作的对象，传入的值实际上就是传入到node中了，node中有几个比较参数，hash其实就是key的hash值，key，value，next就是下一个值，也就是有了next才有了链表
// new一个Node
Node<K, V> newNode(int hash, K key, V value, Node<K, V> next) {
return new Node<>(hash, key, value, next);
}
/**
* 数组
* @param <K>
* @param <V>
*/
static class Node<K, V> implements Map.Entry<K, V> {
final int hash; //hash值
final K key;
V value;
Node<K, V> next; //链表的下一个节点
//构造方法 hash值 key value next
Node(int hash, K key, V value, Node<K, V> next) {
this.hash = hash;
this.key = key;
this.value = value;
this.next = next;
}
public final K getKey() {
return key;
}
public final V getValue() {
return value;
}
//重写了toString
public final String toString() {
return key + "=" + value;
}
//重写了hashCode
public final int hashCode() {
return Objects.hashCode(key) ^ Objects.hashCode(value);
}
//传入值 实现了Entry接口
public final V setValue(V newValue) {
V oldValue = value;
value = newValue;
return oldValue;
}
public final boolean equals(Object o) {
//如果是当前对象 true
if (o == this) return true;
//如果是Entry，
if (o instanceof Map.Entry) {
//强转为Entry
Map.Entry<?, ?> e = (Map.Entry<?, ?>) o;
//key内容一致 并且value内容一致 返回true
if (Objects.equals(key, e.getKey()) && Objects.equals(value, e.getValue()))
return true;
}
return false;
}
}6、put方法
1、先根据key获取到hash值，如果key为null，返回0。
2、根据hash值获取到要存储到数组中的角标，如果该角标没有值，直接newNode存入这个角标。
3、如果这个角标有值，遍历这个角标上的链表，直到链表的next为null，将当前值放在该链表的最后一位。
4、如果数组容量到达扩容阈值，就扩容，如果链表长度大于8，数组长度大于64，就将该条链表转换为红黑树
/**
* 将值转换为hash的方法
* 如果为null 返回0
*/
static final int hash(Object key) {
if(key == null) return 0;
int h;
return (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
}
/**
* 传入值
*/
public V put(K key, V value) {
//evict：如果遇到相同key 覆盖
return putVal(hash(key), key, value, false, true);
}
/**
* 传值
*
* @param hash
* @param key
* @param value
* @param onlyIfAbsent true 如果重复 就不覆盖之前的值
* @param evict 创建时传入false 其他情况传入false
* @return 返回上一个值 没有返回null
*/
final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,boolean evict) {
Node<K, V>[] tab = table; //当前数组
int tabLen = tab == null?0:tab.length; // 数组长度
//如果没有数组
if (tab == null || tabLen == 0){
//扩容一个数组
tab = resize();
//初始化数组的长度
tabLen = tab.length;
}
int tabIndex = (tabLen - 1) & hash; //根据hash获取到应该放入的数组角标
Node<K, V> first = tab[tabIndex]; //获取到这个链表的头节点
if (first == null)
//链表没有值 new一个
tab[tabIndex] = newNode(hash, key, value, null);
else {
//链表已经有值了
Node<K, V> next;
K k = first.key;
if (first.hash == hash && (k == key || (key != null && key.equals(k)))) {
//查询到这个链表的第一个就是要存的这个值 就拿到这个值
next = first;
} else if (first instanceof TreeNode)
//如果为红黑树 用红黑树方法取值
next = ((TreeNode<K, V>) first).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
else {
//如果查询链表中有没有这个值
int binCount = 0;
//遍历链表 插入这个节点
while (true){
//链表长度 用于判断是否转换为红黑树 默认为8
binCount ++;
next = first.next;
//如果发现最终没有找到这个key 直接new一个
if (next == null) {
first.next = newNode(hash, key, value, null);
//链表长度大于8 转为红黑树
if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1)
treeifyBin(tab, hash);
break;
}
//找到了该key 就不添加了 返回了当前这个next
if (next.hash == hash && ((k = next.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) break;
//将当前node 继续遍历
first = next;
}
}
//如果是找到了 直接将value值赋给找到的数组
if (next != null) {
V oldValue = next.value;
//onlyIfAbsent 如果为false 覆盖之前的value || 之前的值为null 也会覆盖
if (!onlyIfAbsent || oldValue == null) next.value = value;
afterNodeAccess(next);
return oldValue;
}
}
//操作了一次 为了防止并发 在查询时发现这个值有变动 则为其他线程调用了 就是并发了
++modCount;
//数组长度大于扩容阈值 扩容
if (++size > threshold)
resize();
afterNodeInsertion(evict);
return null;
}7、扩容方法
1、获取到老的数组的容量，然后乘2倍
2、初始化一个新的数组，将老数组的值重新赋值到新数组中去
/**
* 将数组的长度 * 2
*
* @return the table
*/
final Node<K, V>[] resize() {
Node<K, V>[] oldTab = table;//老数组
int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length; //老数组的最大容量
int oldThr = threshold; //老的扩容阈值
int newCap = 0; //新数组的长度
int newThr = 0; //新的扩容阈值
if (oldCap > 0) {
//老数组有值
//如果老数组长度已经大于或者等于 数组最大长度 则不再扩容
if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) {
//扩容阈值 为 int 的最大值
threshold = Integer.MAX_VALUE;
return oldTab;
}
//数组容量扩容一倍
newCap = oldCap << 1;
if(newCap < MAXIMUM_CAPACITY && oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY){
//如果旧数组最大长度扩容一倍后小于最大值 并且 旧数组原最大长度大于16
// 扩容阈值扩容一倍
newThr = oldThr << 1;
}
} else if (oldThr > 0) {
//初始容量设置为阈值
newCap = oldThr;
} else {
// 零初始阈值表示使用默认值
newCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY;
newThr = (int) (DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY);
}
//如果新的扩容阈值 等于0 计算出新的扩容阈值
if (newThr == 0) {
float ft = (float) newCap * loadFactor;
newThr = (newCap < MAXIMUM_CAPACITY && ft < (float) MAXIMUM_CAPACITY ? (int) ft : Integer.MAX_VALUE);
}
//扩容阈值赋给共享变量扩容阈值
threshold = newThr;
//扩容 new 一个新的数组
@SuppressWarnings({"rawtypes", "unchecked"})
Node<K, V>[] newTab = (Node<K, V>[]) new Node[newCap];
table = newTab;
if (oldTab == null) return newTab;
//遍历老数组
for (int j = 0; j < oldCap; ++j) {
Node<K, V> e = oldTab[j];
if (e == null) continue;
oldTab[j] = null;
//如果该链表 下一个没有值 直接赋值给新的数组
if (e.next == null) newTab[e.hash & (newCap - 1)] = e;
else if (e instanceof TreeNode)
//赋值红黑树
((TreeNode<K, V>) e).split(this, newTab, j, oldCap);
else {
//赋值链表
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;
}
8、get方法
1、获取到key的hash，找到这个hash在数组中的角标
2、根据key跟数组头节点比较，如果是头节点直接返回，如果不是，遍历该链表，知道找到为止
/**
* 根据key获取value
*/
public V get(Object key) {
Node<K, V> e = getNode(hash(key), key);
return e == null ? null : e.value;
}
/**
* 根据hash和key获取node
* 先从数组第一个节点开始找 如果找不到 查找链表
*/
final Node<K, V> getNode(int hash, Object key) {
Node<K, V>[] tab = table; //当前的数组
if(tab == null){
return null;
}
int tabLen = tab.length; //当前数组的长度
int tabIndex = (tabLen - 1) & hash; // 获取链表的角标
Node<K, V> first = tab[tabIndex]; //获取到角标上的对象
//如果链表为空 返回null
if (tabLen <= 0 || first == null) { return null;};
K k = first.key; //链表头的key
//先判断 如果 链表头的key和传入的key相同 直接返回链表头
if (first.hash == hash && (k == key || (key != null && key.equals(k)))) return first;
Node<K, V> next = first.next; //链表的下一个节点
//没有下一个节点 直接返回
if (next == null) return null;
if (first instanceof TreeNode) return ((TreeNode<K, V>) first).getTreeNode(hash, key); //如果是一个红黑树 从红黑树里面找
//遍历链表
while (next != null){
k = next.key; //更新key为链表的下一个链表节点的key
//循环找到下一个节点 如果是就返回
if (next.hash == hash && (k == key || (key != null && key.equals(k)))) return next;
next = first.next; // 链表的下一个节点
}
return null;
}9、remove 删除
1、根据key获取到node
2、如果删除的key是头节点，直接将头节点赋值成该node的下一个
3、如果不是头节点，找到该节点的上一个，赋值成该节点的下一个，只要不链接该节点就相当于删除
/**
* 根据key删除
*/
public V remove(Object key) {
/**
* hash
* key
* value
* matchValue 是否必须匹配value
* movable 是否移动节点 树
*/
Node<K, V> e = removeNode(hash(key), key, null, false, true);
return e == null ? null : e.value;
}
/**
* hash
* key
* value
* matchValue 是否必须匹配value
* movable 是否移动节点 树
*/
final Node<K, V> removeNode(int hash, Object key, Object value, boolean matchValue, boolean movable) {
Node<K, V>[] tab = table; //数组
int n = tab == null?0:tab.length; // 数组长度
int index = (n - 1) & hash; //数组角标
Node<K, V> first = tab[index]; //链表头节点
if (tab == null || n <= 0 || first == null) return null;
Node<K, V> node = getNode(hash(key), key);
if(node == null ) return null;
V v = node.value;
//需要匹配value
if(matchValue){
//没有匹配成功
if(!(v == value || (value != null && value.equals(v)))){
//value没有匹配成功
return null;
}
}
if (node instanceof TreeNode) {
//如果为树
((TreeNode<K, V>) node).removeTreeNode(this, tab, movable);
} else if (node == first){
//如果删除的是头节点 就将头节点改成之前头节点的下一个
tab[index] = node.next;
} else {
//由于之前遍历链表的时候已经将first改成了要删除节点的上一个，所以将first的下一个节点直接改成要删除节点的下一个即可
first.next = node.next;
}
++modCount;
--size;
afterNodeRemoval(node);
return node;
}