本文基于jdk1.8解读HashMap关键代码
HashMap是非线程安全的，在多线程环境下要使用ConcurrentHashMap
存储结构
HashMap的存储结构是数组 + 链表 + 红黑树，当链表的长度大于等于8时，链接转成红黑树
初始化
HashMap初始容量是16，默认负载因子是0.75
当然初始化的时候也可以传入指定容量大小。那么是不是传入多少，初始化的容量就是多少呢？
/**
* The default initial capacity - MUST be a power of two.
*/
static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1<< 4; // aka 16
这里的注释说明，容量必须是2的N次方
传入的默认大小会经过重新计算，转成大于指定值的第一个2的次方数
看看下面这个重新计算大小的方法：
/**
* Returns a power of two size for the given target capacity.
*/
static final int tableSizeFor(int cap) {
// 这里 cap - 1 是为了当传入正好是2的次方时，保持原值
// 例如，传入 8时，初始值是就是8 ，不会变成 16
int n = cap - 1;
// 右移1位，并且和原值按位或，得到的结果是高2位都是1
n |= n >>> 1;
// 右移2位，并且和原值按位或，得到的结果是高4位都是1
n |= n >>> 2;
// 右移4位，并且和原值按位或，得到的结果是高8位都是1
n |= n >>> 4;
// 右移8位，并且和原值按位或，得到的结果是高16位都是1
n |= n >>> 8;
// 右移16位，并且和原值按位或，得到的结果是高32位都是1
n |= n >>> 16;
// 如果真的有这么大的值，走到这行已经超出最大容量了
// 经过上面5步后，得到的值转成二进制必然都是1，经过n+1后得到的值正好就是2的次方（最高位是1，后面全是0）
return (n < 0) ? 1 : (n >= MAXIMUM_CAPACITY) ? MAXIMUM_CAPACITY : n + 1;
}
- 这里用到的操作符是>>>，表示无符号右移，也叫逻辑右移，即若该数为正，则高位补0，而若该数为负数，则右移后高位同样补0
- 另外， >>表示右移，如果该数为正，则高位补0，若为负数，则高位补1
存入值
public V put(K key, V value) {
return putVal(hash(key), key, value, false, true);
}
static final int hash(Object key) {
int h;
return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
}
存入值的时候，map对应的key是存入key对应的hasCode和它的高16位进行异或，这么做的目的是为了存入数组中的元素分别更加均匀些
下面看看putVal：
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;
}
1、 数组下标计算：i = (n - 1) & hash
n是数组容量，在初始化的时候强制转成2的次方，那么n-1转成二进制就全是1（如，15 = 1111）；所以，n-1 按位与任何值，得到的数据肯定是小于n-1
2、如果得到的数据下标位置已经有元素，那么添加在对应的链表下面
3、如果对应的链表长度大于8，链表转红黑树
hash碰撞
不同的key，经过hash后，得到的数组下标一致，称为hash碰撞；在为了尽量降低hash碰撞，HashMap采用了高位异或，然后和（n-1）进行按位或得到具体数组下标
扩容
HashMap的最大容量是2^30
默认的负载因子是0.75，意思是在数量大于容量的75%的时候，HashMap就会进行一次扩容，每次扩容都是翻倍
扩容之后，数组的下标要重新计算，原数组的元素也必须一个个copy赋值过来，当然原结构中的红黑树/链表等也必须重新计算
具体扩容方法如下：
- 如果元素是单个节点，重新计算数组下标
- 如果元素是链表，将链表拆分为2，低位链表在原下标位置，高位链表移动到原下标+原数组容量的位置上
- 如果元素是红黑树，拆分原理和链表一样，只是多判断一下新的红黑树元素数量，如果数量<=6，新的红黑树转成链表
注意：数组的长度就是HashMap的最大容量，HashMap中元素的总数不会超过数组的长度。
理想情况是：一个元素占一个数组下标，没有链表也没有红黑树
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;
}
HashMap成环
jdk1.7之前HashMap链表是头插法，在并发情况下，HashMap扩容时，a元素的next会指向b，b元素的next有可能会指向a，造成环形；遍历的时候就会死循环
jdk1.8做了调整，改成尾插法
链表转红黑树
链表的长度大于等于8时，链表会转成红黑树
红黑树的节点数小于等于6时，会转成链表；红黑树转链表都是在数组扩容，重新计算hash值的时候发生
取值
取值方法比较简单，采用同样的方法算出数组下标
如果所在数组位置是个链表，逐个比较元素的key值
如果所在数组位置是个红黑树，因为红黑树是有序的，所以比较hash值查找，然后再比较元素的key值
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;
}
查找红黑树
final TreeNode<K,V> find(int h, Object k, Class<?> kc) {
TreeNode<K,V> p = this;
do {
int ph, dir; K pk;
TreeNode<K,V> pl = p.left, pr = p.right, q;
if ((ph = p.hash) > h)
p = pl;
else if (ph < h)
p = pr;
else if ((pk = p.key) == k || (k != null && k.equals(pk)))
return p;
else if (pl == null)
p = pr;
else if (pr == null)
p = pl;
else if ((kc != null ||
(kc = comparableClassFor(k)) != null) &&
(dir = compareComparables(kc, k, pk)) != 0)
p = (dir < 0) ? pl : pr;
else if ((q = pr.find(h, k, kc)) != null)
return q;
else
p = pl;
} while (p != null);
return null;
}