1. HashMap的操作流程
1.1 HashMap的構造函數
首先我們來看一下HashMap的構造函數：
/**
* Constructs an empty {@code HashMap} with the specified initial
* capacity and load factor.
*
* @param initialCapacity the initial capacity 初始化容量
* @param loadFactor the load factor 負載因子
* @throws IllegalArgumentException if the initial capacity is negative
* or the load factor is nonpositive 非法參數異常
*/
public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {
if (initialCapacity < 0)
throw new IllegalArgumentException("Illegal initial capacity: " +
initialCapacity);
if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY)
initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY;
// 注意這裏的Float.isNaN(loadFactor)
if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor))
throw new IllegalArgumentException("Illegal load factor: " +
loadFactor);
this.loadFactor = loadFactor;
// tableSizeFor():這裏對HashMap的容量閥值作了處理
this.threshold = tableSizeFor(initialCapacity);
}
需要注意的是這裏的:this.threshold = tableSizeFor(initialCapacity); ,這裏的threshold 爲 2的冪次方，而不是capacity * load factor，當然此處並非是錯誤，因爲此時 table 並沒有真正的被初始化, 初始化動作被延遲到了putVal() 當中，所以 threshold 會被重新計算。
1.1.1 tableSizeFor函數
返回大於等於capacity的最小2的整數次冪，如 cap 爲 3 ，返回4；cap 爲 15，返回16；
/**
* Returns a power of two size for the given target capacity.
* 返回大於等於capacity的最小2的整數次冪
*/
static final int tableSizeFor(int cap) {
// 爲了防止傳入的cap本身就是二的冪次方，此時得到的就是下一個二的冪次方了
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;
}
我們可以發現在構造函數中並沒有像我們所想的那樣，去初始化數組。這個也是基於成本的考慮，初始化而不用，豈不浪費空間。不過在構造函數中已經對於閥值(threshold)進行初始化，超過該值時，則會進行擴容。
1.2 HashMap的put操作
1.2.1 put()函數
public V put(K key, V value) {
// 本質上調用的是putVal()
return putVal(hash(key), key, value, false, true);
}
1.2.2 putVal()函數
這裏需要強調一下：
- table數組的初始化操作實際上在**putVal()**中；
- putVal() 只跟Key相關，跟Value沒有任何關係；
- 當桶數組對應下標的元素爲null時，直接插入新建節點；
- 當哈希衝突時，就會對第一個節點進行判斷，從而進行相應的操作。
final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,
boolean evict) {
Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, i;
// 桶數組的初始化工作；
if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
n = (tab = resize()).length;
// 如果 table在(n-1)&hash 的值如果爲null,則新建一個節點插入到該位置；
if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
// 這裏表示出現哈希衝突，下標一樣。處理衝突的操作
else {
Node<K,V> e;
K k;
// 1. 首先判斷鏈表的第一個元素，是不是要替換的值；
if (p.hash == hash &&
((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
e = p;
// 2. 判斷 第一個節點的類型是鏈表or紅黑樹，對應進行相應的處理。處理節點是紅黑樹的情況。
else if (p instanceof TreeNode)
e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
// 3. 處理節點類型是鏈表的情況；
else {
for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
// 鏈表中不存在該節點，則直接插入到鏈表的尾部
if ((e = p.next) == null) {
p.next = newNode(hash, key, value, null);
// 判斷是否需要樹形化
if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st
treeifyBin(tab, hash);
break;
}
// 鏈表中已經存在該節點，直接退出循環
if (e.hash == hash &&
((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
break;
p = e;
}
}
// 若節點已經存在，新值覆蓋舊值，同時返回舊值；
if (e != null) { // existing mapping for key
V oldValue = e.value;
if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
e.value = value;
afterNodeAccess(e);
return oldValue;
}
}
++modCount;
// 判斷是否需要resize()。
if (++size > threshold)
resize();
// 這行代碼是爲了LinkedHashMap使用的。
afterNodeInsertion(evict);
return null;
}
1.2 HashMap的resize()操作
擴容操作 resize() 是 HashMap中Boss級別的存在。
首先我們來講解一下擴容：
主要包括：
- 擴大數組長度，創建新數組；
- 遷移元素到新數組中(元素的位置可能是在原位置，也可能是原位置後移2次方的位置)；
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) {
// 1. 若原數組的容量 超過 最大容量，不作處理，即：任你碰撞
if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) {
threshold = Integer.MAX_VALUE;
return oldTab;
}
// 2. 若原容量大於默認初始化容量16 且 擴大一倍仍小於 最大容量，則 直接擴容爲原來的2倍
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
// 初始化時指定閥值的情況
newCap = oldThr;
else { // zero initial threshold signifies using defaults
// 第一次初始化的默認配置
newCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY;
newThr = (int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY);
}
// 處理resize()的閥值
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"})
// 注意這裏重新創建一個數組
Node<K,V>[] newTab = (Node<K,V>[])new Node[newCap];
table = newTab;
// 這裏開始處理舊數組的數據遷移工作。
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)
// 紅黑樹節點：調用TreeNode 的split() 方法對當前節點作爲根節點的紅黑樹進行修剪
((TreeNode<K,V>)e).split(this, newTab, j, oldCap);
else {
// 鏈表優化的節點分配
Node<K,V> loHead = null, loTail = null;
Node<K,V> hiHead = null, hiTail = null;
Node<K,V> next;
do {
next = e.next;
// 結果爲0，表示索引沒變
if ((e.hash & oldCap) == 0) {
if (loTail == null)
loHead = e;
else
loTail.next = e;
loTail = e;
}else { // 結果爲1，表示索引 = 原索引 + oldCap;
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;
}
具體可以參考：
1.2 HashMap的get操作
public V get(Object key) {
Node<K,V> e;
return (e = getNode(hash(key), key)) == null ? null : e.value;
}
取操作的邏輯都是通過getNode() 這個方法進行實現的。
final Node<K,V> getNode(int hash, Object key) {
Node<K,V>[] tab; // 桶數組
Node<K,V> first, e;
int n;
K k;
if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 &&
(first = tab[(n - 1) & hash]) != null) {
// 始終檢查第一個節點是不是目標節點；
if (first.hash == hash && // always check first node
((k = first.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
return first;
/**
* 若第一個節點不是目標節點，則對其進行相應的獲取操作。
* 1. 判斷若是TreeNode類型，則從getTreeNode();
* 2. 若是鏈表節點，則進行遍歷查找。
*/
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;
}
2. 總結
HashMap 中的獲取桶下標： (n-1) & hash ；
Hash衝突即不通的Key桶下標相同；
處理Hash衝突，首先要判斷桶數組的第一個元素是不是目標，若是直接返回；否則 判斷節點類型，對應進行遍歷操作。
判斷是不是同一個節點：(e.hash == hash && ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k)))