JAVA HashMap源碼淺析

引言

HashMap在鍵值對存儲中被經常使用，那么它到底是如何實現鍵值存儲的呢？

一 Entry

Entry是Map接口中的一個內部接口，它是實現鍵值對存儲關鍵。在HashMap中，有Entry的實現類，叫做Entry。Entry類很簡單，里面包含key，value，由外部引入的hash，還有指向下一個Entry對象的引用，和數據結構中學的鏈表中的note節點很類似。

Entry類的屬性和構造函數:

final K key;
V value;
Entry<K,V> next;
int hash;
/**


Creates new entry.
*/
Entry(int h, K k, V v, Entry<K,V> n) {
 value = v;
 next = n;
 key = k;
 hash = h;
}</pre> 
二 HashMap的初始化 
//HashMap構造方法
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;
 threshold = initialCapacity;
 init();
}</pre> 
這是HashMap的構造函數之一，其他構造函數都引用這個構造函數進行初始化。參數InitialCapacity指的是HashMap中table數組最初的大小，參數loadFactory指的是HashMap可容納鍵值對與數組長度的比值（舉個例子：數組長度默認值為16，loadFactory默認值為0.75，如果HashMap中存儲的鍵值對即Entry多于12，則會進行擴容，擴容后大小為當前數組長度的2倍）。在構造函數中不會對數組進行初始化，只有在put等操作方法內會進行判斷是否要初始化或擴容。 
三 table數組 

在HashMap中有一個概念叫做threshold(實際可容納量)，實際可容納量指的是在HashMap中允許存在最多的Entry的個數，它是由HashMap中內置的數組table的長度*load factory(負載因子)得來。其作用是保證HashMap的效率。 
table數組是HashMap實現鍵值對存儲的又一關鍵，具體鍵值對是怎么存的呢？請看下圖 

 
如圖中的[key，value]就是Entry對象來實現的，而table數組是用來存放Entry對象的。 
//數組的初始化：
private static int roundUpToPowerOf2(int number) {
 return number >= MAXIMUM_CAPACITY
     ? MAXIMUM_CAPACITY
     : (number > 1) ? Integer.highestOneBit((number - 1) << 1) : 1;

}
private void inflateTable(int toSize) {
 // Find a power of 2 >= toSize
 int capacity = roundUpToPowerOf2(toSize);
 threshold = (int) Math.min(capacity * loadFactor, MAXIMUM_CAPACITY + 1);
 table = new Entry[capacity];
 initHashSeedAsNeeded(capacity);
}</pre> 
在put等方法中發現數組未進行初始化時會調用InflateTable方法進行初始化，輸入參數為初始設置的InitialCapacity，實際上他會調用roundUpToPowerOf2方法返回一個比初始容量大的最小的2的冪數（其中一個原因是在得到Entry所在數組位置時方便）。 
四 put方法 
public V put(K key, V value) {
 if (table == EMPTY_TABLE) {
 inflateTable(threshold);

 }
 if (key == null)
 return putForNullKey(value);

 int hash = hash(key);
 int i = indexFor(hash, table.length);
 for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) {
 Object k;
 if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {
     V oldValue = e.value;
     e.value = value;
     e.recordAccess(this);
     return oldValue;
 }

 }
 modCount++;
 addEntry(hash, key, value, i);
 return null;
}
private V putForNullKey(V value) {
 for (Entry<K,V> e = table[0]; e != null; e = e.next) {
 if (e.key == null) {
     V oldValue = e.value;
     e.value = value;
     e.recordAccess(this);
     return oldValue;
 }

 }
 modCount++;
 addEntry(0, null, value, 0);
 return null;
}
void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
 if ((size >= threshold) && (null != table[bucketIndex])) {
 resize(2 * table.length);
 hash = (null != key) ? hash(key) : 0;
 bucketIndex = indexFor(hash, table.length);

 }
 createEntry(hash, key, value, bucketIndex);
}
void createEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
 Entry<K,V> e = table[bucketIndex];
 table[bucketIndex] = new Entry<>(hash, key, value, e);
 size++;
}</pre> 


在put方法中 
1. 首先會判斷數組是否為空，如果為空會對數組進行初始化。 
2. 接下來判斷key是否為null，如果為null就采用第二個方法對鍵值對進行put。 
3. 接下來對key進行hash得到一個數值，再對這個數值進行處理（IndexFor方法）得到所在數組中的位置。 
4. 接下來會遍歷所在數組位置的鏈表，如果key的hash和傳入key的hash相同且（key內存地址相等 或 equals方法相等），則意味著會更新在鏈表中的value值，并返回舊的value值。 
5. 如果上邊的方法都沒有奏效，則會調用第三個方法，創建一個新的Entry對象。 

</div>

在putForNullKey方法中 ，我們看到它是為了NULL值專門設置的，NULL值的hash始終為0，所以key為NULL的Entry對象肯定在數組的第0個位置。同樣，如果找到則更新，沒有找到則添加。 


調用addEntry方法 意味著要往這個數組鏈表中添加一個Entry，所以會在最開始判斷已經存在的Entry數量是否超過了實際可容納量。如果超過了，則會調用resize方法將數組擴大兩倍，注意在擴大之后會對已經存入的Entry進行重排，原因是當初存入時IndexFor方法與數組長度有關系。接著會調用第四個方法。 


createEntry方法 很簡單，就是將原本在數組中存放的鏈表頭置入到新的Entry之后，將新的Entry放入數組中。從這里我們可以看出HashMap不保證順序問題。 

get方法和contains方法原理和put方法一致，即先通過對key的hash得到其value值所在的鏈表頭在數組中的位置，再通過equals方法判斷value是否存在。 
五 其他 
//hash方法
final int hash(Object k) {
 int h = hashSeed;
 if (0 != h && k instanceof String) {
 return sun.misc.Hashing.stringHash32((String) k);

 }
 h ^= k.hashCode();
 // This function ensures that hashCodes that differ only by
 // constant multiples at each bit position have a bounded
 // number of collisions (approximately 8 at default load factor).
 h ^= (h >>> 20) ^ (h >>> 12);
 return h ^ (h >>> 7) ^ (h >>> 4);
}</pre> 
hash方法中最終返回值與key的hashCode方法有關。 
總結 


最終數組初始化的容量大小會是大于等于你傳入初始容量的最小2的冪數。 


key為null或value為null能存入HashMap的原因是對null值會進行單獨的操作。 


在table數組中的鏈表中每個Entry的共同點是key的hash(key.hashCode)部分相同。 


注意對key的hashCode和equals方法的重寫當你想讓兩個key映射一個對象，因為判定key相等的條件是（hashCode相等+（內存相等 或 equals相等））。 


最早存入的鍵值對會在鏈表的末端。 


當數組沒有鏈表存在時，HashMap性能最好為O(1)。而最差為O(threshould)。 


原文 http://segmentfault.com/a/1190000003056985