首先来简单了解下HashMap,众所周知其是个散列表，存储<key, value>结构extends AbstractMap<K,V> implements Map<K,V>, Cloneable, Serializable，而且它不是线程安全的
额外补充下解决哈希冲突的方法，java中所采用的便是链地址法
- 开放定址法
- 再散列函数法
- 链地址法
- 公共溢出区法
有关Map的继承关系如下图,借用[1]
其存储结构：数组+链表/红黑树(借用[1])
其静态成员变量
//默认的初始容量16，必须是2的倍数
static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; // aka 16
//最大容量（必须是2的幂且小于2的30次方，当设置的传入容量过大时会用这个值替换）
static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;
//默认加载因子0.75
static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;
//以下三个是与转换为红黑树相关的参数，可以先跳过最后再回来看
//链表转成红黑树的阈值，在存储数据时，当链表长度>该值时，就将链表转换为红黑树
static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8;
//红黑树转换为链表的阈值，当扩容 resize() 时，HashMap的数据存储位置会重新计算
//在重新计算存储位置后，当原有的红黑树内数量< 6时，就将红黑树转换为链表
static final int UNTREEIFY_THRESHOLD = 6;
//当哈希表中的容量 > 该值时，才允许树形化链表（将链表转换成红黑树）
//否则，若桶内元素太多时，则直接扩容，而不是树形化
//为了避免进行扩容、树形化选择的冲突，这个值不能小于 4 * TREEIFY_THRESHOLD
static final int MIN_TREEIFY_CAPACITY = 64;
其他字段
//上图中数组table
transient Node<K,V>[] table;
//entrySet的缓存
transient Set<Map.Entry<K,V>> entrySet;
//HashMap中存储的键值对的数量
transient int size;
//HashMap发生结构修改的计数器，结构修改是指包括增删元素、rehash等操作
transient int modCount;
//扩容阈值：当哈希表的大小 >= 扩容阈值时，就会扩容哈希表（扩充HashMap的容量）
//扩容阈值：容量*加载因子
int threshold;
//加载因子
final float loadFactor;
Node类
实现了Map.Entry接口，应该很容易明白Node类是存放Key,Value的
static class Node<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
final int hash;//用于定位数组的索引
final K key;
V value;
Node<K,V> next;//下一Node结点
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; }
public final String toString() { return key + "=" + value; }
public final int hashCode() {
return Objects.hashCode(key) ^ Objects.hashCode(value);
}
public final V setValue(V newValue) {
V oldValue = value;
value = newValue;
return oldValue;
}
public final boolean equals(Object o) {
if (o == this)
return true;
if (o instanceof Map.Entry) {
Map.Entry<?,?> e = (Map.Entry<?,?>)o;
if (Objects.equals(key, e.getKey()) &&
Objects.equals(value, e.getValue()))
return true;
}
return false;
}
}
hash():获取key的hash值
static final int hash(Object key) {
int h;
//如果key为null则置0，否则调用key.hashCode()获取hash值再与自身无符号右移16位异或
return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
}
获取索引的方法为
(n - 1) & hash，n为Node[]的长度，必须要为2的幂，至于为什么，可以去看hashmap的构造方法
有4个构造方法：
//这个构造方法可以传入初始容量大小，但是在最后tableSizeFor()方法中会转换为大于等于该值的最小的2的幂次数，比如传入13则为16
public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {
if (initialCapacity < 0)
throw new IllegalArgumentException("Illegal initial capacity: " +
initialCapacity);
if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY)
initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY;
if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor))
throw new IllegalArgumentException("Illegal load factor: " +
loadFactor);
this.loadFactor = loadFactor;
this.threshold = tableSizeFor(initialCapacity);
}
public HashMap(int initialCapacity) {
this(initialCapacity, DEFAULT_LOAD_FACTOR);
}
public HashMap() {
this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR; // all other fields defaulted
}
public HashMap(Map<? extends K, ? extends V> m) {
this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR;
putMapEntries(m, false);
}
下面来看tableSizeFor()方法：
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;
}
可以手动算一下，很容易发现每次 | 运算完后都会将最高位后的一位位数变成1，如cap=13时
n = 12 = 1100
1100 = 1100 | 0110 -->1110
1110 = 1110 | 0011 --> 1111
…
最后结果为1111=15,n+1 = 16
getNode():
final Node<K,V> getNode(int hash, Object key) {
Node<K,V>[] tab; Node<K,V> first, e; int n; K k;
//table不为空，长度不为0，且能获取的索引不为空
if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 &&
(first = tab[(n - 1) & hash]) != null) {
//先判断是否为第一个结点
if (first.hash == hash && // always check first node
((k = first.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
return first;
if ((e = first.next) != null) {
//诺不是，且下一个结点不为空，则到红黑树中查找
if (first instanceof TreeNode)
return ((TreeNode<K,V>)first).getTreeNode(hash, key);
do {//如果尚未转换为红黑树，则在链表中查找
if (e.hash == hash &&
((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
return e;
} while ((e = e.next) != null);
}
}
return null;
}
putVal():
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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;
//如果table[]为空，则调用resize()初始化
if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
n = (tab = resize()).length;
//当数组的首Node结点为空，则新建Node
if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
//首结点存在
else {
Node<K,V> e; K k;
//判断首结点的Key是否相等，若相等则直接覆盖value值
if (p.hash == hash &&
((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
e = p;
//如果是红黑树的首结点，则在红黑树中put
else if (p instanceof TreeNode)
e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
//不是则在链表中put
else {
for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
//如果下一结点为null,插入链表中
if ((e = p.next) == null) {
p.next = newNode(hash, key, value, null);
//如果链表结点数超过阈值，则将链表转换为红黑树
if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st
treeifyBin(tab, hash);
break;
}
//如果key值存在，则直接覆盖value
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;
//如果超过扩容阈值则进行扩容
if (++size > threshold)
resize();
afterNodeInsertion(evict);
return null;
}
putVal()里的有个很关键的方法resize()
/*
初始化或加倍表格大小。 如果为null，则根据阈值中保存的初始容量目标进行分配。 否则，因为使用二次幂扩展，所以每个table[]中的元素必须保持相同的索引，或者在新表中以原数组大小移动。
*/
final Node<K,V>[] resize() {
Node<K,V>[] oldTab = table;
//存取旧容量，阈值
int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length;
int oldThr = threshold;
int newCap, newThr = 0;
if (oldCap > 0) {
//如果旧数组容量已经大于或等于最大容量，则不变，因为不能再扩容了
if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) {
threshold = Integer.MAX_VALUE;
return oldTab;
}
//否则两倍扩容
else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY &&
oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)
newThr = oldThr << 1; // double threshold
}
//以下为未创建table[]时将采用默认阈值或指定值初始化table[]
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) {
//开始进行转移
for (int j = 0; j < oldCap; ++j) {
Node<K,V> e;
//当table[j]不为空则置空
if ((e = oldTab[j]) != null) {
oldTab[j] = null;
//如果table[j]的下一个链表结点为null，则只需要放到newTab[]中指定位置即可
if (e.next == null)
newTab[e.hash & (newCap - 1)] = e;
//如果当前结点属于红黑树结点，则进行红黑树相关的处理，这里不详细描述
else if (e instanceof TreeNode)
((TreeNode<K,V>)e).split(this, newTab, j, oldCap);
//当是链表的情况，首先要明白java1.8中采用了优化方法来进行数组的扩容，先看下面的图示
else { // preserve order
//新增的最高位为0的链表
Node<K,V> loHead = null, loTail = null;
//新增的最高位为1的链表
Node<K,V> hiHead = null, hiTail = null;
Node<K,V> next;
do {
next = e.next;
//插入到新增的最高位为0的链表中
if ((e.hash & oldCap) == 0) {
if (loTail == null)
loHead = e;
else
loTail.next = e;
loTail = e;
}
//插入到新增的最高位为1的链表中
else {
if (hiTail == null)
hiHead = e;
else
hiTail.next = e;
hiTail = e;
}
} while ((e = next) != null);
//扩容后索引不变的
if (loTail != null) {
loTail.next = null;
newTab[j] = loHead;
}
//扩容后索引需要加上原数组大小的
if (hiTail != null) {
hiTail.next = null;
newTab[j + oldCap] = hiHead;
}
}
}
}
}
return newTab;
}
借用[1]中图片
图中可以看出，当size扩大两倍，即n-1的由1111变成11111，原来的key与n-1做&运算时，如果最高位为0，则索引不变，否则索引为原来的值加上原来的容量如key2 = 5 + 16(同样，这里也就能够解释为什么size必须是2的幂的原因了)，好了，现在回到上面的代码中。
至于其他的如remove()方法也大体相同，就不再重复了
下面来看java1.8中hashMap新增的红黑树结构,先来看其内部类TreeNode
static final class TreeNode<K,V> extends LinkedHashMap.Entry<K,V> {
TreeNode<K,V> parent; // red-black tree links
TreeNode<K,V> left;
TreeNode<K,V> right;
TreeNode<K,V> prev; // needed to unlink next upon deletion
boolean red;
TreeNode(int hash, K key, V val, Node<K,V> next) {
super(hash, key, val, next);
}
参考：
其中主要参考[1][4]，其他的或是过于笼统，重要的方法没讲述或是未深入的去了解HashMap内部机制[2]，还有个是作为jdk1.7版本的来参考[3]
[1]知乎专栏-Java 8系列之重新认识HashMap(这个较好)
[2]掘金-Java集合（八）HashMap详解
[3]博客园-Java 集合系列10之 HashMap详细介绍(源码解析)和使用示例
[4]图解HashMap(一)
