Java：手把手帶你源碼分析 HashMap 1.7

JacLuisini 6年前發布 | 39K 次閱讀 HashMap 鏈表源碼分析 Java開發

前言

HashMap 在 Java 和 Android 開發中非常常見
今天，我將帶來 HashMap 的全部源碼分析，希望你們會喜歡。
1. 本文基于版本 JDK 1.7 ，即 Java 7
2. 關于版本 JDK 1.8 ，即 Java 8 ，具體請看文章 Java源碼分析：關于 HashMap 1.8 的重大更新

1. 簡介

類定義

public class HashMap<K,V>
         extends AbstractMap<K,V> 
         implements Map<K,V>, Cloneable, Serializable

主要介紹

HashMap 的實現在 JDK 1.7 和 JDK 1.8 差別較大
今天，我將主要講解 JDK 1.7 中 HashMap 的源碼解析
關于 JDK 1.8 中 HashMap 的源碼解析請看文章： Java源碼分析：關于 HashMap 1.8 的重大更新

2. 數據結構

2.1 具體描述

HashMap 采用的數據結構 = 數組（主） + 單鏈表（副） ，具體描述如下

該數據結構方式也稱：拉鏈法

2.2 示意圖

2.3 存儲流程

注：為了讓大家有個感性的認識，只是簡單的畫出存儲流程，更加詳細 & 具體的存儲流程會在下面源碼分析中給出

2.4 數組元素 & 鏈表節點的實現類

HashMap 中的數組元素 & 鏈表節點采用 Entry 類實現，如下圖所示

即 HashMap 的本質 = 1個存儲 Entry 類對象的數組 + 多個單鏈表
Entry 對象本質 = 1個映射（鍵 - 值對），屬性包括：鍵（ key ）、值（ value ） & 下1節點( next ) = 單鏈表的指針 = 也是一個 Entry 對象，用于解決 hash 沖突

該類的源碼分析如下

具體分析請看注釋

/**

Entry類實現了Map.Entry接口
即 實現了getKey()、getValue()、equals(Object o)和hashCode()等方法
**/

static class Entry<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
 final K key;  // 鍵
 V value;  // 值
 Entry<K,V> next; // 指向下一個節點 ，也是一個Entry對象，從而形成解決hash沖突的單鏈表
 int hash;  // hash值
/**

構造方法，創建一個Entry 
參數：哈希值h，鍵值k，值v、下一個節點n 
*/

Entry(int h, K k, V v, Entry<K,V> n) {

 value = v;

 next = n;

 key = k;

 hash = h;

}
// 返回 與 此項 對應的鍵
public final K getKey() {

 return key;

}
// 返回 與 此項 對應的值
public final V getValue() {

 return value;

}
public final V setValue(V newValue) {

 V oldValue = value;

 value = newValue;

 return oldValue;

}


/**

equals（）
作用：判斷2個Entry是否相等，必須key和value都相等，才返回true

*/ 
public final boolean equals(Object o) {

 if (!(o instanceof Map.Entry))

 return false;  

Map.Entry e = (Map.Entry)o;

 Object k1 = getKey();

 Object k2 = e.getKey();

 if (k1 == k2 || (k1 != null && k1.equals(k2))) {

 Object v1 = getValue();  
 Object v2 = e.getValue();  
 if (v1 == v2 || (v1 != null && v1.equals(v2)))  
     return true;  

}

 return false;

}
/**

hashCode（） 
*/ 
public final int hashCode() { 
 return Objects.hashCode(getKey()) ^ Objects.hashCode(getValue());

}
public final String toString() {

 return getKey() + "=" + getValue();

}
/**

當向HashMap中添加元素時，即調用put(k,v)時， 
對已經在HashMap中k位置進行v的覆蓋時，會調用此方法 
此處沒做任何處理 
*/

void recordAccess(HashMap<K,V> m) {

}
/**

當從HashMap中刪除了一個Entry時，會調用該函數 
此處沒做任何處理 
*/

void recordRemoval(HashMap<K,V> m) {

} 



}</code></pre> 
  
3. 具體使用 
  3.1 主要使用API（方法、函數） 
  V get(Object key); // 獲得指定鍵的值
V put(K key, V value);  // 添加鍵值對
void putAll(Map<? extends K, ? extends V> m);  // 將指定Map中的鍵值對 復制到 此Map中
V remove(Object key);  // 刪除該鍵值對
boolean containsKey(Object key); // 判斷是否存在該鍵的鍵值對；是 則返回true
boolean containsValue(Object value);  // 判斷是否存在該值的鍵值對；是 則返回true
Set<K> keySet();  // 單獨抽取key序列，將所有key生成一個Set
Collection<V> values();  // 單獨value序列，將所有value生成一個Collection
void clear(); // 清除哈希表中的所有鍵值對
int size();  // 返回哈希表中所有 鍵值對的數量 = 數組中的鍵值對 + 鏈表中的鍵值對
boolean isEmpty(); // 判斷HashMap是否為空；size == 0時 表示為 空 </code></pre> 
  
3.2 使用流程 
   
    在具體使用時，主要流程是： 
     
     聲明1個 HashMap 的對象 
     向 HashMap 添加數據（成對 放入 鍵 - 值對） 
     獲取 HashMap 的某個數據 
     獲取 HashMap 的全部數據：遍歷 HashMap 
    
  
    示例代碼
  
   
  import java.util.Collection;
import java.util.HashMap;
import java.util.Iterator;
import java.util.Map;
import java.util.Set;
public class HashMapTest {

public static void main(String[] args) {
  /**
    * 1. 聲明1個 HashMap的對象
    */
    Map<String, Integer> map = new HashMap<String, Integer>();

  /**
    * 2. 向HashMap添加數據（成對 放入 鍵 - 值對）
    */
    map.put("Android", 1);
    map.put("Java", 2);
    map.put("iOS", 3);
    map.put("數據挖掘", 4);
    map.put("產品經理", 5);

   /**
    * 3. 獲取 HashMap 的某個數據
    */
    System.out.println("key = 產品經理時的值為：" + map.get("產品經理"));

  /**
    * 4. 獲取 HashMap 的全部數據：遍歷HashMap
    * 核心思想：
    * 步驟1：獲得key-value對（Entry） 或 key 或 value的Set集合
    * 步驟2：遍歷上述Set集合(使用for循環 、 迭代器（Iterator）均可)
    * 方法共有3種：分別針對 key-value對（Entry） 或 key 或 value
    */

    // 方法1：獲得key-value的Set集合 再遍歷
    System.out.println("方法1");
    // 1. 獲得key-value對（Entry）的Set集合
    Set<Map.Entry<String, Integer>> entrySet = map.entrySet();

    // 2. 遍歷Set集合，從而獲取key-value
    // 2.1 通過for循環
    for(Map.Entry<String, Integer> entry : entrySet){
        System.out.print(entry.getKey());
        System.out.println(entry.getValue());
    }
    System.out.println("----------");
    // 2.2 通過迭代器：先獲得key-value對（Entry）的Iterator，再循環遍歷
    Iterator iter1 = entrySet.iterator();
    while (iter1.hasNext()) {
        // 遍歷時，需先獲取entry，再分別獲取key、value
        Map.Entry entry = (Map.Entry) iter1.next();
        System.out.print((String) entry.getKey());
        System.out.println((Integer) entry.getValue());
    }


    // 方法2：獲得key的Set集合 再遍歷
    System.out.println("方法2");

    // 1. 獲得key的Set集合
    Set<String> keySet = map.keySet();

    // 2. 遍歷Set集合，從而獲取key，再獲取value
    // 2.1 通過for循環
    for(String key : keySet){
        System.out.print(key);
        System.out.println(map.get(key));
    }

    System.out.println("----------");

    // 2.2 通過迭代器：先獲得key的Iterator，再循環遍歷
    Iterator iter2 = keySet.iterator();
    String key = null;
    while (iter2.hasNext()) {
        key = (String)iter2.next();
        System.out.print(key);
        System.out.println(map.get(key));
    }


    // 方法3：獲得value的Set集合 再遍歷
    System.out.println("方法3");

    // 1. 獲得value的Set集合
    Collection valueSet = map.values();

    // 2. 遍歷Set集合，從而獲取value
    // 2.1 獲得values 的Iterator
    Iterator iter3 = valueSet.iterator();
    // 2.2 通過遍歷，直接獲取value
    while (iter3.hasNext()) {
        System.out.println(iter3.next());
    }

}



}
// 注：對于遍歷方式，推薦使用針對 key-value對（Entry）的方式：效率高
// 原因：
   // 1. 對于 遍歷keySet 、valueSet，實質上 = 遍歷了2次：1 = 轉為 iterator 迭代器遍歷、2 = 從 HashMap 中取出 key 的 value 操作（通過 key 值 hashCode 和 equals 索引）
   // 2. 對于 遍歷 entrySet ，實質 = 遍歷了1次 = 獲取存儲實體Entry（存儲了key 和 value ）</code></pre> 
  
 
   運行結果 
   
  方法1
Java2
iOS3
數據挖掘4
Android1
產品經理5
Java2
iOS3
數據挖掘4
Android1
產品經理5
方法2
Java2
iOS3
數據挖掘4
Android1
產品經理5
Java2
iOS3
數據挖掘4
Android1
產品經理5
方法3
2
3
4
1
5</code></pre> 
  
下面，我們按照上述的使用過程，對一個個步驟進行源碼解析 
  4. 基礎知識：HashMap中的重要參數（變量） 
   
   在進行真正的源碼分析前，先講解 HashMap 中的重要參數（變量） 
   HashMap 中的主要參數 = 容量、加載因子、擴容閾值 
   具體介紹如下 
   
  // 1. 容量（capacity）： HashMap中數組的長度
// a. 容量范圍：必須是2的冪 & <最大容量（2的30次方）
// b. 初始容量 = 哈希表創建時的容量
  // 默認容量 = 16 = 1<<4 = 00001中的1向左移4位 = 10000 = 十進制的2^4=16
  static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4;
  // 最大容量 =  2的30次方（若傳入的容量過大，將被最大值替換）
  static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;
// 2. 加載因子(Load factor)：HashMap在其容量自動增加前可達到多滿的一種尺度
// a. 加載因子越大、填滿的元素越多 = 空間利用率高、但沖突的機會加大、查找效率變低（因為鏈表變長了）
// b. 加載因子越小、填滿的元素越少 = 空間利用率小、沖突的機會減小、查找效率高（鏈表不長）
  // 實際加載因子
  final float loadFactor;
  // 默認加載因子 = 0.75
  static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;
// 3. 擴容閾值（threshold）：當哈希表的大小 ≥ 擴容閾值時，就會擴容哈希表（即擴充HashMap的容量） 
// a. 擴容 = 對哈希表進行resize操作（即重建內部數據結構），從而哈希表將具有大約兩倍的桶數
// b. 擴容閾值 = 容量 x 加載因子
  int threshold;
// 4. 其他
 // 存儲數據的Entry類型 數組，長度 = 2的冪
 // HashMap的實現方式 = 拉鏈法，Entry數組上的每個元素本質上是一個單向鏈表
  transient Entry<K,V>[] table = (Entry<K,V>[]) EMPTY_TABLE;

 // HashMap的大小，即 HashMap中存儲的鍵值對的數量
  transient int size;</code></pre> 
  
 
   參數示意圖 
   
   
   
   此處 詳細說明 加載因子 
   
   
  5. 源碼分析 
   
   本次的源碼分析主要是根據 使用步驟 進行相關函數的詳細分析 
   主要分析內容如下： 
   
   
   
   下面，我將對每個步驟內容的主要方法進行詳細分析 
   
  步驟1：聲明1個 HashMap的對象 
  /**

函數使用原型
*/
Map<String,Integer> map = new HashMap<String,Integer>();
/**

源碼分析：主要是HashMap的構造函數 = 4個
僅貼出關于HashMap構造函數的源碼
*/
public class HashMap<K,V>
extends AbstractMap<K,V>
implements Map<K,V>, Cloneable, Serializable{

// 省略上節闡述的參數
/**

構造函數1：默認構造函數（無參）
加載因子 & 容量 = 默認 = 0.75、16
*/
public HashMap() {
 // 實際上是調用構造函數3：指定“容量大小”和“加載因子”的構造函數
 // 傳入的指定容量 & 加載因子 = 默認
 this(DEFAULT_INITIAL_CAPACITY, DEFAULT_LOAD_FACTOR); 
}

/**

構造函數2：指定“容量大小”的構造函數
加載因子 = 默認 = 0.75 、容量 = 指定大小
*/
public HashMap(int initialCapacity) {
 // 實際上是調用指定“容量大小”和“加載因子”的構造函數
 // 只是在傳入的加載因子參數 = 默認加載因子
 this(initialCapacity, DEFAULT_LOAD_FACTOR);

}
/**

構造函數3：指定“容量大小”和“加載因子”的構造函數
加載因子 & 容量 = 自己指定
*/
public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {
// HashMap的最大容量只能是MAXIMUM_CAPACITY，哪怕傳入的 > 最大容量
 if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY)

 initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY;


// 設置 加載因子
 this.loadFactor = loadFactor;
 // 設置 擴容閾值 = 初始容量
 // 注：此處不是真正的閾值，是為了擴展table，該閾值后面會重新計算，下面會詳細講解

 threshold = initialCapacity;
init(); // 一個空方法用于未來的子對象擴展
}


/**

構造函數4：包含“子Map”的構造函數
即 構造出來的HashMap包含傳入Map的映射關系
加載因子 & 容量 = 默認
*/

public HashMap(Map<? extends K, ? extends V> m) {

// 設置容量大小 & 加載因子 = 默認
this(Math.max((int) (m.size() / DEFAULT_LOAD_FACTOR) + 1,
        DEFAULT_INITIAL_CAPACITY), DEFAULT_LOAD_FACTOR);

// 該方法用于初始化 數組 & 閾值，下面會詳細說明
inflateTable(threshold);

// 將傳入的子Map中的全部元素逐個添加到HashMap中
putAllForCreate(m);

}
}</code></pre> 
 
 注： 
 
 此處僅用于接收初始容量大小（ capacity ）、加載因子( Load factor )，但仍無真正初始化哈希表，即初始化存儲數組 table 
 此處先給出結論： 真正初始化哈希表（初始化存儲數組 table ）是在第1次添加鍵值對時，即第1次調用 put（） 時。下面會詳細說明 
  
 
至此，關于 HashMap 的構造函數講解完畢。 
步驟2：向HashMap添加數據（成對 放入 鍵 - 值對） 
 
 添加數據的流程如下
 注：為了讓大家有個感性的認識，只是簡單的畫出存儲流程，更加詳細 & 具體的存儲流程會在下面源碼分析中給出
  
 
 
 
源碼分析 
 
/**

函數使用原型
*/
map.put("Android", 1);
  map.put("Java", 2);
  map.put("iOS", 3);
  map.put("數據挖掘", 4);
  map.put("產品經理", 5);

/**

源碼分析：主要分析： HashMap的put函數
*/
public V put(K key, V value)
（分析1）// 1. 若 哈希表未初始化（即 table為空) 
 // 則使用 構造函數時設置的閾值(即初始容量) 初始化 數組table

 if (table == EMPTY_TABLE) { 
 inflateTable(threshold); 
}

 // 2. 判斷key是否為空值null
（分析2）// 2.1 若key == null，則將該鍵-值 存放到數組table 中的第1個位置，即table [0]
 // （本質：key = Null時，hash值 = 0，故存放到table[0]中）
 // 該位置永遠只有1個value，新傳進來的value會覆蓋舊的value
 if (key == null)
 return putForNullKey(value);




（分析3） // 2.2 若 key ≠ null，則計算存放數組 table 中的位置（下標、索引）
        // a. 根據鍵值key計算hash值
        int hash = hash(key);
        // b. 根據hash值 最終獲得 key對應存放的數組Table中位置
        int i = indexFor(hash, table.length);

    // 3. 判斷該key對應的值是否已存在（通過遍歷 以該數組元素為頭結點的鏈表 逐個判斷）
    for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) {
        Object k;

（分析4）// 3.1 若該key已存在（即 key-value已存在 ），則用 新value 替換 舊value
            if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {
                V oldValue = e.value;
                e.value = value;
                e.recordAccess(this);
                return oldValue; //并返回舊的value
            }
        }

    modCount++;


（分析5）// 3.2 若 該key不存在，則將“key-value”添加到table中
        addEntry(hash, key, value, i);
        return null;
    }</code></pre> 
  
 
   根據源碼分析所作出的流程圖 
   
   
   
   下面，我將根據上述流程的5個分析點進行詳細講解 
   
  分析1：初始化哈希表 
  即 初始化數組（ table ）、擴容閾值（ threshold ） 
  /**

 * 函數使用原型
 */
  if (table == EMPTY_TABLE) { 
    inflateTable(threshold); 
}  


/**

 * 源碼分析：inflateTable(threshold); 
 */
 private void inflateTable(int toSize) {  

// 1. 將傳入的容量大小轉化為：>傳入容量大小的最小的2的次冪
// 即如果傳入的是容量大小是19，那么轉化后，初始化容量大小為32（即2的5次冪）
int capacity = roundUpToPowerOf2(toSize);->>分析1   

// 2. 重新計算閾值 threshold = 容量 * 加載因子  
threshold = (int) Math.min(capacity * loadFactor, MAXIMUM_CAPACITY + 1);  

// 3. 使用計算后的初始容量（已經是2的次冪） 初始化數組table（作為數組長度）
// 即 哈希表的容量大小 = 數組大小（長度）
table = new Entry[capacity]; //用該容量初始化table  

initHashSeedAsNeeded(capacity);  

}

/**
 * 分析1：roundUpToPowerOf2(toSize)
 * 作用：將傳入的容量大小轉化為：>傳入容量大小的最小的2的冪
 * 特別注意：容量大小必須為2的冪，該原因在下面的講解會詳細分析
 */

 private static int roundUpToPowerOf2(int number) {  

   //若 容量超過了最大值，初始化容量設置為最大值 ；否則，設置為：>傳入容量大小的最小的2的次冪
   return number >= MAXIMUM_CAPACITY  ? 
        MAXIMUM_CAPACITY  : (number > 1) ? Integer.highestOneBit((number - 1) << 1) : 1;</code></pre> 

 
   再次強調： 真正初始化哈希表（初始化存儲數組 table ）是在第1次添加鍵值對時，即第1次調用 put（） 時 
   
  分析2：當 key ==null時，將該 key-value 的存儲位置規定為數組table 中的第1個位置，即table [0] 
  /**

 * 函數使用原型
 */
  if (key == null)
       return putForNullKey(value);


/**

 * 源碼分析：putForNullKey(value)
 */
  private V putForNullKey(V value) {  
    // 遍歷以table[0]為首的鏈表，尋找是否存在key==null 對應的鍵值對
    // 1. 若有：則用新value 替換 舊value；同時返回舊的value值
    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++;  

// 2 .若無key==null的鍵，那么調用addEntry（），將空鍵 & 對應的值封裝到Entry中，并放到table[0]中
addEntry(0, null, value, 0); 
// 注：
// a. addEntry（）的第1個參數 = hash值 = 傳入0
// b. 即 說明：當key = null時，也有hash值 = 0，所以HashMap的key 可為null
// c. 對比HashTable，由于HashTable對key直接hashCode（），若key為null時，會拋出異常，所以HashTable的key不可為null
// d. 此處只需知道是將 key-value 添加到HashMap中即可，關于addEntry（）的源碼分析將等到下面再詳細說明，
return null;  


}</code></pre> 
  
從此處可以看出： 
  - HashMap 的鍵 key 可為 null （區別于 HashTable 的 key 不可為 null ） 
  - HashMap 的鍵 key 可為 null 且只能為1個，但值 value 可為null且為多個 
  分析3：計算存放數組 table 中的位置（即 數組下標 or 索引） 
  /**

 * 函數使用原型
 * 主要分為2步：計算hash值、根據hash值再計算得出最后數組位置
 */
    // a. 根據鍵值key計算hash值 ->> 分析1
    int hash = hash(key);
    // b. 根據hash值 最終獲得 key對應存放的數組Table中位置 ->> 分析2
    int i = indexFor(hash, table.length);


/**

 * 源碼分析1：hash(key)
 * 該函數在JDK 1.7 和 1.8 中的實現不同，但原理一樣 = 擾動函數 = 使得根據key生成的哈希碼（hash值）分布更加均勻、更具備隨機性，避免出現hash值沖突（即指不同key但生成同1個hash值）
 * JDK 1.7 做了9次擾動處理 = 4次位運算 + 5次異或運算
 * JDK 1.8 簡化了擾動函數 = 只做了2次擾動 = 1次位運算 + 1次異或運算
 */

 // JDK 1.7實現：將 鍵key 轉換成 哈希碼（hash值）操作  = 使用hashCode() + 4次位運算 + 5次異或運算（9次擾動）
 static final int hash(int h) {
    h ^= k.hashCode(); 
    h ^= (h >>> 20) ^ (h >>> 12);
    return h ^ (h >>> 7) ^ (h >>> 4);
 }

  // JDK 1.8實現：將 鍵key 轉換成 哈希碼（hash值）操作 = 使用hashCode() + 1次位運算 + 1次異或運算（2次擾動）
  // 1. 取hashCode值： h = key.hashCode() 
 //  2. 高位參與低位的運算：h ^ (h >>> 16)  
  static final int hash(Object key) {
       int h;
        return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
        // a. 當key = null時，hash值 = 0，所以HashMap的key 可為null      
        // 注：對比HashTable，HashTable對key直接hashCode（），若key為null時，會拋出異常，所以HashTable的key不可為null
        // b. 當key ≠ null時，則通過先計算出 key的 hashCode()（記為h），然后 對哈希碼進行 擾動處理： 按位 異或（^） 哈希碼自身右移16位后的二進制
 }


/**

 * 函數源碼分析2：indexFor(hash, table.length)
 * JDK 1.8中實際上無該函數，但原理相同，即具備類似作用的函數
 */
  static int indexFor(int h, int length) {  
      return h & (length-1); 
      // 將對哈希碼擾動處理后的結果 與運算(&) （數組長度-1），最終得到存儲在數組table的位置（即數組下標、索引）

}</code></pre> 
  
 
    總結 計算存放在數組 table 中的位置（即數組下標、索引）的過程
  
   
  在了解 如何計算存放數組 table 中的位置 后，所謂 知其然 而 需知其所以然 ，下面我將講解為什么要這樣計算，即主要解答以下3個問題： 
  1. 為什么不直接采用經過 hashCode（） 處理的哈希碼 作為 存儲數組 table 的下標位置？ 
  2. 為什么采用 哈希碼 與運算(&) （數組長度-1） 計算數組下標？ 
  3. 為什么在計算數組下標前，需對哈希碼進行二次處理：擾動處理？ 
  在回答這3個問題前，請大家記住一個核心思想： 
  所有處理的根本目的，都是為了提高 存儲 key-value 的數組下標位置 的隨機性 & 分布均勻性，盡量避免出現hash值沖突 。即：對于不同 key ，存儲的數組下標位置要盡可能不一樣 
  問題1：為什么不直接采用經過hashCode（）處理的哈希碼 作為 存儲數組table的下標位置？ 
   
   
   為了解決 “哈希碼與數組大小范圍不匹配” 的問題， HashMap 給出了解決方案： 哈希碼 與運算（&） （數組長度-1） ；請繼續問題2 
   
  問題2：為什么采用 哈希碼 與運算(&) （數組長度-1） 計算數組下標？ 
   
  問題3：為什么在計算數組下標前，需對哈希碼進行二次處理：擾動處理？ 
   
  至此，關于怎么計算 key-value 值存儲在 HashMap 數組位置 & 為什么要這么計算，講解完畢。 
  分析4：若對應的key已存在，則 使用 新value 替換 舊value 
  注：當發生 Hash 沖突時，為了保證 鍵 key 的唯一性哈希表并不會馬上在鏈表中插入新數據，而是先查找該 key 是否已存在，若已存在，則替換即可 
  /**

 * 函數使用原型
 */

// 2. 判斷該key對應的值是否已存在（通過遍歷 以該數組元素為頭結點的鏈表 逐個判斷）
        for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) {
            Object k;
            // 2.1 若該key已存在（即 key-value已存在 ），則用 新value 替換 舊value
            if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {
                V oldValue = e.value;
                e.value = value;
                e.recordAccess(this);
                return oldValue; //并返回舊的value
            }
        }

    modCount++;

    // 2.2 若 該key不存在，則將“key-value”添加到table中
    addEntry(hash, key, value, i);
    return null;</code></pre> 

 
   此處無復雜的源碼分析，但此處的分析點主要有2個：替換流程 & key 是否存在（即 key 值的對比） 
   
  分析1：替換流程 
  具體如下圖： 
   
  分析2： key 值的比較 
  采用 equals（） 或 “==” 進行比較，下面給出其介紹 & 與 “==” 使用的對比 
   
  分析5：若對應的key不存在，則將該“key-value”添加到數組table的對應位置中 
   
   函數源碼分析如下 
   
  /**

    * 函數使用原型
    */
   // 2. 判斷該key對應的值是否已存在
    for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) {
        Object k;
        // 2.1 若該key對應的值已存在，則用新的value取代舊的value
        if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {
            V oldValue = e.value;
            e.value = value;
            e.recordAccess(this); 
            return oldValue; 
        }
    }

    modCount++;

    // 2.2 若 該key對應的值不存在，則將“key-value”添加到table中
    addEntry(hash, key, value, i);


/**

 * 源碼分析：addEntry(hash, key, value, i)
 * 作用：添加鍵值對（Entry ）到 HashMap中
 */
  void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {  
      // 參數3 = 插入數組table的索引位置 = 數組下標

      // 1. 插入前，先判斷容量是否足夠
      // 1.1 若不足夠，則進行擴容（2倍）、重新計算Hash值、重新計算存儲數組下標
      if ((size >= threshold) && (null != table[bucketIndex])) {  
        resize(2 * table.length); // a. 擴容2倍  --> 分析1
        hash = (null != key) ? hash(key) : 0;  // b. 重新計算該Key對應的hash值
        bucketIndex = indexFor(hash, table.length);  // c. 重新計算該Key對應的hash值的存儲數組下標位置
}  

// 1.2 若容量足夠，則創建1個新的數組元素（Entry） 并放入到數組中--> 分析2
createEntry(hash, key, value, bucketIndex);  

}
/**

分析1：resize(2 * table.length)
作用：當容量不足時（容量 > 閾值），則擴容（擴到2倍）
*/ 
void resize(int newCapacity) {
// 1. 保存舊數組（old table） 
Entry[] oldTable = table;
// 2. 保存舊容量（old capacity ），即數組長度
int oldCapacity = oldTable.length;
// 3. 若舊容量已經是系統默認最大容量了，那么將閾值設置成整型的最大值，退出

if (oldCapacity == MAXIMUM_CAPACITY) {

   threshold = Integer.MAX_VALUE;

   return;

}
// 4. 根據新容量（2倍容量）新建1個數組，即新table

Entry[] newTable = new Entry[newCapacity];
// 5. 將舊數組上的數據（鍵值對）轉移到新table中，從而完成擴容 ->>分析1.1 
transfer(newTable);
// 6. 新數組table引用到HashMap的table屬性上
table = newTable;
// 7. 重新設置閾值

threshold = (int)(newCapacity * loadFactor); 
}
/**

分析1.1：transfer(newTable); 
作用：將舊數組上的數據（鍵值對）轉移到新table中，從而完成擴容
過程：按舊鏈表的正序遍歷鏈表、在新鏈表的頭部依次插入
*/ 
void transfer(Entry[] newTable) {
 // 1. src引用了舊數組
 Entry[] src = table;
// 2. 獲取新數組的大小 = 獲取新容量大小

 int newCapacity = newTable.length;
// 3. 通過遍歷 舊數組，將舊數組上的數據（鍵值對）轉移到新數組中
 for (int j = 0; j < src.length; j++) {

 // 3.1 取得舊數組的每個元素  
 Entry<K,V> e = src[j];           
 if (e != null) {
     // 3.2 釋放舊數組的對象引用（for循環后，舊數組不再引用任何對象）
     src[j] = null; 

     do { 
         // 3.3 遍歷 以該數組元素為首 的鏈表
         // 注：轉移鏈表時，因是單鏈表，故要保存下1個結點，否則轉移后鏈表會斷開
         Entry<K,V> next = e.next; 
        // 3.4 重新計算每個元素的存儲位置
        int i = indexFor(e.hash, newCapacity); 
        // 3.5 將元素放在數組上：采用單鏈表的頭插入方式 = 在鏈表頭上存放數據 = 將數組位置的原有數據放在后1個指針、將需放入的數據放到數組位置中
        // 即 擴容后，可能出現逆序：按舊鏈表的正序遍歷鏈表、在新鏈表的頭部依次插入
        e.next = newTable[i]; 
        newTable[i] = e;  
        // 3.6 訪問下1個Entry鏈上的元素，如此不斷循環，直到遍歷完該鏈表上的所有節點
        e = next;             
    } while (e != null);
    // 如此不斷循環，直到遍歷完數組上的所有數據元素
}

}
}
/**

分析2：createEntry(hash, key, value, bucketIndex);  
作用： 若容量足夠，則創建1個新的數組元素（Entry） 并放入到數組中
*/

void createEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
// 1. 把table中該位置原來的Entry保存

Entry<K,V> e = table[bucketIndex];
// 2. 在table中該位置新建一個Entry：將原頭結點位置（數組上）的鍵值對 放入到（鏈表）后1個節點中、將需插入的鍵值對 放入到頭結點中（數組上）-> 從而形成鏈表
// 即 在插入元素時，是在鏈表頭插入的，table中的每個位置永遠只保存最新插入的Entry，舊的Entry則放入到鏈表中（即 解決Hash沖突）
table[bucketIndex] = new Entry<>(hash, key, value, e);
// 3. 哈希表的鍵值對數量計數增加
size++;

}</code></pre> 
此處有2點需特別注意： 鍵值對的添加方式 & 擴容機制 
1. 鍵值對的添加方式：單鏈表的頭插法 
 
即 將該位置（數組上）原來的數據放在該位置的（鏈表）下1個節點中（next）、在該位置（數組上）放入需插入的數據-> 從而形成鏈表 
如下示意圖 
 
 
2. 擴容機制 
 
具體流程如下： 
 
 
 
擴容過程中的轉移數據示意圖如下 
 
 
在擴容 resize（） 過程中，在將舊數組上的數據 轉移到 新數組上時，轉移操作 = 按舊鏈表的正序遍歷鏈表、在新鏈表的頭部依次插入，即在轉移數據、擴容后，容易出現鏈表逆序的情況 
設重新計算存儲位置后不變，即擴容前 = 1->2->3，擴容后 = 3->2->1 
 
 此時若（多線程）并發執行 put（）操作，一旦出現擴容情況，則 容易出現 環形鏈表 ，從而在獲取數據、遍歷鏈表時 形成死循環（Infinite Loop），即 死鎖的狀態 = 線程不安全
 下面最后1節會對上述情況詳細說明
  
 
總結 
 
向 HashMap 添加數據（成對 放入 鍵 - 值對）的全流程 
 
 
 
 示意圖
  
 
至此，關于 “向 HashMap 添加數據（成對 放入 鍵 - 值對）“講解完畢 
步驟3：從HashMap中獲取數據 
 
假如理解了上述 put（） 函數的原理，那么 get（） 函數非常好理解，因為二者的過程原理幾乎相同 
get（） 函數的流程如下： 
 
 
 
具體源碼分析如下 
 
/**

函數原型
作用：根據鍵key，向HashMap獲取對應的值
*/ 
map.get(key)；

/**

源碼分析
*/ 
public V get(Object key) {
// 1. 當key == null時，則到 以哈希表數組中的第1個元素（即table[0]）為頭結點的鏈表去尋找對應 key == null的鍵
if (key == null)

   return getForNullKey(); --> 分析1
// 2. 當key ≠ null時，去獲得對應值 -->分析2
Entry<K,V> entry = getEntry(key);
return null == entry ? null : entry.getValue();

}


/**

分析1：getForNullKey()
作用：當key == null時，則到 以哈希表數組中的第1個元素（即table[0]）為頭結點的鏈表去尋找對應 key == null的鍵
*/ 
private V getForNullKey() {
if (size == 0) {

   return null;

}
// 遍歷以table[0]為頭結點的鏈表，尋找 key==null 對應的值
for (Entry<K,V> e = table[0]; e != null; e = e.next) {
// 從table[0]中取key==null的value值 
   if (e.key == null)

   return e.value; 

}

return null;

}
/**

分析2：getEntry(key)
作用：當key ≠ null時，去獲得對應值
*/

final Entry<K,V> getEntry(Object key) {
if (size == 0) {

   return null;

}
// 1. 根據key值，通過hash（）計算出對應的hash值
int hash = (key == null) ? 0 : hash(key);
// 2. 根據hash值計算出對應的數組下標
// 3. 遍歷 以該數組下標的數組元素為頭結點的鏈表所有節點，尋找該key對應的值
for (Entry<K,V> e = table[indexFor(hash, table.length)];  e != null;  e = e.next) {
Object k;

   // 若 hash值 & key 相等，則證明該Entry = 我們要的鍵值對
   // 通過equals（）判斷key是否相等
   if (e.hash == hash &&

   ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))  
   return e;  

}

return null;

}</code></pre> 
至此，關于 “向 HashMap 獲取數據 “講解完畢 
步驟4：對HashMap的其他操作 
即 對其余使用 API （函數、方法）的源碼分析 
 
HashMap 除了核心的 put（） 、 get（） 函數，還有以下主要使用的函數方法 
 
void clear(); // 清除哈希表中的所有鍵值對
int size();  // 返回哈希表中所有 鍵值對的數量 = 數組中的鍵值對 + 鏈表中的鍵值對
boolean isEmpty(); // 判斷HashMap是否為空；size == 0時 表示為 空


void putAll(Map<? extends K, ? extends V> m);  // 將指定Map中的鍵值對 復制到 此Map中
V remove(Object key);  // 刪除該鍵值對
boolean containsKey(Object key); // 判斷是否存在該鍵的鍵值對；是 則返回true
boolean containsValue(Object value);  // 判斷是否存在該值的鍵值對；是 則返回true</code></pre> 
  
 
   下面將簡單介紹上面幾個函數的源碼分析 
   
  /**

函數：isEmpty()
作用：判斷HashMap是否為空，即無鍵值對；size == 0時 表示為 空 
*/

public boolean isEmpty() {

    return size == 0;

}
/**

函數：size()
作用：返回哈希表中所有 鍵值對的數量 = 數組中的鍵值對 + 鏈表中的鍵值對
*/
public int size() {

return size;

}
/**

函數：clear()
作用：清空哈希表，即刪除所有鍵值對
原理：將數組table中存儲的Entry全部置為null、size置為0
*/ 
public void clear() {

modCount++;

Arrays.fill(table, null);
size = 0;
}  

/**

函數：putAll(Map<? extends K, ? extends V> m)
作用：將指定Map中的鍵值對 復制到 此Map中
原理：類似Put函數
*/
public void putAll(Map<? extends K, ? extends V> m) {

// 1. 統計需復制多少個鍵值對

int numKeysToBeAdded = m.size();

if (numKeysToBeAdded == 0)

   return;
// 2. 若table還沒初始化，先用剛剛統計的復制數去初始化table

if (table == EMPTY_TABLE) {

   inflateTable((int) Math.max(numKeysToBeAdded * loadFactor, threshold));

}
// 3. 若需復制的數目 > 閾值，則需先擴容 
if (numKeysToBeAdded > threshold) {

   int targetCapacity = (int)(numKeysToBeAdded / loadFactor + 1);

   if (targetCapacity > MAXIMUM_CAPACITY)

   targetCapacity = MAXIMUM_CAPACITY;  

int newCapacity = table.length;

   while (newCapacity < targetCapacity)

   newCapacity <<= 1;  

if (newCapacity > table.length)

   resize(newCapacity);  

}

// 4. 開始復制（實際上不斷調用Put函數插入）

for (Map.Entry<? extends K, ? extends V> e : m.entrySet())

   put(e.getKey(), e.getValue());
}
/**

函數：remove(Object key)
作用：刪除該鍵值對
*/ 

public V remove(Object key) {

    Entry<K,V> e = removeEntryForKey(key);

    return (e == null ? null : e.value);

}
final Entry<K,V> removeEntryForKey(Object key) {

    if (size == 0) {

        return null;

    }

    // 1. 計算hash值
    int hash = (key == null) ? 0 : hash(key);

    // 2. 計算存儲的數組下標位置
    int i = indexFor(hash, table.length);

    Entry<K,V> prev = table[i];

    Entry<K,V> e = prev;

while (e != null) {  
    Entry<K,V> next = e.next;  
    Object k;  
    if (e.hash == hash &&  
        ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) {  
        modCount++;  
        size--; 
        // 若刪除的是table數組中的元素（即鏈表的頭結點） 
        // 則刪除操作 = 將頭結點的next引用存入table[i]中  
        if (prev == e) 
            table[i] = next;

        //否則 將以table[i]為頭結點的鏈表中，當前Entry的前1個Entry中的next 設置為 當前Entry的next（即刪除當前Entry = 直接跳過當前Entry）
        else  
            prev.next = next;   
        e.recordRemoval(this);  
        return e;  
    }  
    prev = e;  
    e = next;  
}  

return e;  

}
/**

函數：containsKey(Object key)
作用：判斷是否存在該鍵的鍵值對；是 則返回true
原理：調用get（），判斷是否為Null
*/
public boolean containsKey(Object key) {

return getEntry(key) != null; 
}
/**

函數：containsValue(Object value)
作用：判斷是否存在該值的鍵值對；是 則返回true
*/

public boolean containsValue(Object value) {

// 若value為空，則調用containsNullValue()

if (value == null)
   return containsNullValue();
// 若value不為空，則遍歷鏈表中的每個Entry，通過equals（）比較values 判斷是否存在
Entry[] tab = table;
for (int i = 0; i < tab.length ; i++)

   for (Entry e = tab[i] ; e != null ; e = e.next)

   if (value.equals(e.value)) 
       return true;//返回true  

return false;

}


// value為空時調用的方法

private boolean containsNullValue() {

    Entry[] tab = table;

    for (int i = 0; i < tab.length ; i++)

        for (Entry e = tab[i] ; e != null ; e = e.next)

            if (e.value == null)
                return true;

    return false;

}</code></pre> 
  
至此，關于 HashMap 的底層原理 & 主要使用 API （函數、方法）講解完畢。 
  6. 源碼總結 
  下面，用3個圖總結整個源碼內容： 
  總結內容 = 數據結構、主要參數、添加 & 查詢數據流程、擴容機制 
   
    數據結構 & 主要參數
  
    添加 & 查詢數據流程
  
    擴容機制
  
   
  7. 與 JDK 1.8 的區別 
  HashMap 的實現在 JDK 1.7 和 JDK 1.8 差別較大，具體區別如下 
  JDK 1.8 的優化目的主要是：減少 Hash 沖突 & 提高哈希表的存、取效率；關于 JDK 1.8 中 HashMap 的源碼解析請看文章： Java源碼分析：關于 HashMap 1.8 的重大更新 
  7.1 數據結構 
   
  7.2 獲取數據時（獲取數據 類似） 
   
  7.3 擴容機制 
   
  8. 額外補充：關于HashMap的其他問題 
   
   有幾個小問題需要在此補充 
   
   
   
   具體如下 
   
  8.1 哈希表如何解決Hash沖突 
   
  8.2 為什么HashMap具備下述特點：鍵-值（key-value）都允許為空、線程不安全、不保證有序、存儲位置隨時間變化 
   
   具體解答如下 
   
   
   
    下面主要講解 HashMap 線程不安全的其中一個重要原因：多線程下容易出現 resize（） 死循環
 本質 = 并發 執行 put（） 操作導致觸發 擴容行為，從而導致 環形鏈表，使得在獲取數據遍歷鏈表時形成死循環，即 Infinite Loop
  
    先看擴容的源碼分析 resize（）
 關于resize（）的源碼分析已在上文詳細分析，此處僅作重點分析：transfer（）
  
   
  /**

源碼分析：resize(2 * table.length)
作用：當容量不足時（容量 > 閾值），則擴容（擴到2倍）
*/ 
void resize(int newCapacity) {
// 1. 保存舊數組（old table） 
Entry[] oldTable = table;
// 2. 保存舊容量（old capacity ），即數組長度
int oldCapacity = oldTable.length;
// 3. 若舊容量已經是系統默認最大容量了，那么將閾值設置成整型的最大值，退出

if (oldCapacity == MAXIMUM_CAPACITY) {

   threshold = Integer.MAX_VALUE;

   return;

}
// 4. 根據新容量（2倍容量）新建1個數組，即新table

Entry[] newTable = new Entry[newCapacity];
// 5. （重點分析）將舊數組上的數據（鍵值對）轉移到新table中，從而完成擴容 ->>分析1.1 
transfer(newTable);
// 6. 新數組table引用到HashMap的table屬性上
table = newTable;
// 7. 重新設置閾值

threshold = (int)(newCapacity * loadFactor); 
}
/**

分析1.1：transfer(newTable); 
作用：將舊數組上的數據（鍵值對）轉移到新table中，從而完成擴容
過程：按舊鏈表的正序遍歷鏈表、在新鏈表的頭部依次插入
*/ 
void transfer(Entry[] newTable) {
 // 1. src引用了舊數組
 Entry[] src = table;
// 2. 獲取新數組的大小 = 獲取新容量大小

 int newCapacity = newTable.length;
// 3. 通過遍歷 舊數組，將舊數組上的數據（鍵值對）轉移到新數組中
 for (int j = 0; j < src.length; j++) {

 // 3.1 取得舊數組的每個元素  
 Entry<K,V> e = src[j];           
 if (e != null) {
     // 3.2 釋放舊數組的對象引用（for循環后，舊數組不再引用任何對象）
     src[j] = null; 

     do { 
         // 3.3 遍歷 以該數組元素為首 的鏈表
         // 注：轉移鏈表時，因是單鏈表，故要保存下1個結點，否則轉移后鏈表會斷開
         Entry<K,V> next = e.next; 
        // 3.3 重新計算每個元素的存儲位置
        int i = indexFor(e.hash, newCapacity); 
        // 3.4 將元素放在數組上：采用單鏈表的頭插入方式 = 在鏈表頭上存放數據 = 將數組位置的原有數據放在后1個指針、將需放入的數據放到數組位置中
        // 即 擴容后，可能出現逆序：按舊鏈表的正序遍歷鏈表、在新鏈表的頭部依次插入
        e.next = newTable[i]; 
        newTable[i] = e;  
        // 訪問下1個Entry鏈上的元素，如此不斷循環，直到遍歷完該鏈表上的所有節點
        e = next;             
    } while (e != null);
    // 如此不斷循環，直到遍歷完數組上的所有數據元素
}

}
}</code></pre>
從上面可看出：在擴容 resize（） 過程中，在將舊數組上的數據 轉移到 新數組上時， 轉移數據操作 = 按舊鏈表的正序遍歷鏈表、在新鏈表的頭部依次插入 ，即在轉移數據、擴容后，容易出現 鏈表逆序的情況 
設重新計算存儲位置后不變，即擴容前 = 1->2->3，擴容后 = 3->2->1 
 
此時若（多線程）并發執行 put（） 操作，一旦出現擴容情況，則 容易出現 環形鏈表 ，從而在獲取數據、遍歷鏈表時 形成死循環（ Infinite Loop ），即 死鎖的狀態，具體請看下圖： 
 
 
注：由于 JDK 1.8 轉移數據操作 = 按舊鏈表的正序遍歷鏈表、在新鏈表的尾部依次插入 ，所以不會出現鏈表 逆序、倒置 的情況，故不容易出現環形鏈表的情況。 
但 JDK 1.8 還是線程不安全，因為 無加同步鎖保護 
8.3 為什么 HashMap 中 String、Integer 這樣的包裝類適合作為 key 鍵 
 
8.4 HashMap 中的 key 若 Object 類型， 則需實現哪些方法？ 
 
至此，關于 HashMap 的所有知識講解完畢。 
9. 總結 
 
本文主要講解 Java 的 HashMap 源碼 & 相關知識 
下面我將繼續對 Java 、 Android 中的其他知識 深入講解 ，有興趣可以繼續關注 Carson_Ho的安卓開發筆記 
 
來自：http://blog.csdn.net/carson_ho/article/details/79373026


                    
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                         HashMap 鏈表 源碼分析 Java開發

Java：手把手帶你源碼分析 HashMap 1.7

前言

目錄

1. 簡介

2. 數據結構

2.1 具體描述

2.2 示意圖

2.3 存儲流程

2.4 數組元素 & 鏈表節點的 實現類

3. 具體使用

3.1 主要使用API（方法、函數）

3.2 使用流程

產品經理5

產品經理5

4. 基礎知識：HashMap中的重要參數（變量）

5. 源碼分析

步驟1：聲明1個 HashMap的對象

步驟2：向HashMap添加數據（成對 放入 鍵 - 值對）

分析1：初始化哈希表

分析3：計算存放數組 table 中的位置（即 數組下標 or 索引）

問題1：為什么不直接采用經過hashCode（）處理的哈希碼 作為 存儲數組table的下標位置？

問題2：為什么采用 哈希碼 與運算(&) （數組長度-1） 計算數組下標？

問題3：為什么在計算數組下標前，需對哈希碼進行二次處理：擾動處理？

分析4：若對應的key已存在，則 使用 新value 替換 舊value

分析5：若對應的key不存在，則將該“key-value”添加到數組table的對應位置中

1. 鍵值對的添加方式：單鏈表的頭插法

2. 擴容機制

總結

步驟3：從HashMap中獲取數據

步驟4：對HashMap的其他操作

6. 源碼總結

7. 與 JDK 1.8 的區別

7.1 數據結構

7.2 獲取數據時（獲取數據 類似）

7.3 擴容機制

8. 額外補充：關于HashMap的其他問題

8.1 哈希表如何解決Hash沖突

8.3 為什么 HashMap 中 String、Integer 這樣的包裝類適合作為 key 鍵

8.4 HashMap 中的 key 若 Object 類型， 則需實現哪些方法？

9. 總結

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目錄

2.4 數組元素 & 鏈表節點的實現類

步驟2：向HashMap添加數據（成對放入鍵 - 值對）

分析3：計算存放數組 table 中的位置（即數組下標 or 索引）

問題1：為什么不直接采用經過hashCode（）處理的哈希碼作為存儲數組table的下標位置？

問題2：為什么采用哈希碼與運算(&) （數組長度-1）計算數組下標？

分析4：若對應的key已存在，則使用新value 替換舊value

7.2 獲取數據時（獲取數據類似）

8.4 HashMap 中的 key 若 Object 類型，則需實現哪些方法？