簡述摘自 java api 文檔註釋
源碼來自 JDK 1.8
一、簡述:
基於哈希表的 Map 接口的實現。此實現提供所有可選的映射操作，並允許使用 null 值和 null 鍵。（除了非同步和允許使用 null 之外，HashMap 類與 Hashtable 大致相同。）此類不保證映射的順序，特別是它不保證該順序恆久不變。
此實現假定哈希函數將元素適當地分佈在各桶之間，可爲基本操作（get 和 put）提供穩定的性能。迭代 collection 視圖所需的時間與 HashMap 實例的“容量”（桶的數量）及其大小（鍵-值映射關係數）成比例。所以，如果迭代性能很重要，則不要將初始容量設置得太高（或將加載因子設置得太低）。
HashMap 的實例有兩個參數影響其性能：初始容量 和加載因子。容量 是哈希表中桶的數量，初始容量只是哈希表在創建時的容量。加載因子 是哈希表在其容量自動增加之前可以達到多滿的一種尺度。當哈希表中的條目數超出了加載因子與當前容量的乘積時，則要對該哈希表進行 rehash 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。
通常，默認加載因子 (.75) 在時間和空間成本上尋求一種折衷。加載因子過高雖然減少了空間開銷，但同時也增加了查詢成本（在大多數 HashMap 類的操作中，包括 get 和 put 操作，都反映了這一點）。在設置初始容量時應該考慮到映射中所需的條目數及其加載因子，以便最大限度地減少 rehash 操作次數。如果初始容量大於最大條目數除以加載因子，則不會發生 rehash 操作。
如果很多映射關係要存儲在 HashMap 實例中，則相對於按需執行自動的 rehash 操作以增大表的容量來說，使用足夠大的初始容量創建它將使得映射關係能更有效地存儲。
注意，此實現不是同步的。如果多個線程同時訪問一個哈希映射，而其中至少一個線程從結構上修改了該映射，則它必須 保持外部同步。（結構上的修改是指添加或刪除一個或多個映射關係的任何操作；僅改變與實例已經包含的鍵關聯的值不是結構上的修改。）這一般通過對自然封裝該映射的對象進行同步操作來完成。如果不存在這樣的對象，則應該使用 Collections.synchronizedMap方法來“包裝”該映射。最好在創建時完成這一操作，以防止對映射進行意外的非同步訪問，如下所示：
Map m = Collections.synchronizedMap(new HashMap(...));
由所有此類的“collection 視圖方法”所返回的迭代器都是快速失敗 的：在迭代器創建之後，如果從結構上對映射進行修改，除非通過迭代器本身的 remove 方法，其他任何時間任何方式的修改，迭代器都將拋出 ConcurrentModificationException。因此，面對併發的修改，迭代器很快就會完全失敗，而不冒在將來不確定的時間發生任意不確定行爲的風險。
注意，迭代器的快速失敗行爲不能得到保證，一般來說，存在非同步的併發修改時，不可能作出任何堅決的保證。快速失敗迭代器盡最大努力拋出 ConcurrentModificationException。因此，編寫依賴於此異常的程序的做法是錯誤的，正確做法是：迭代器的快速失敗行爲應該僅用於檢測程序錯誤。
此類是 Java Collections Framework 的成員。
UML
HashMap 存儲數據的內部原理
數組 + 鏈表
Entry的描述：
映射條目（鍵值對）。 Map.entrySet方法返回地圖的集合視圖，其元素屬於此類。 獲取對映射條目的引用的唯一方法是來自此collection-view的迭代器。 這些Map.Entry對象僅在迭代期間有效; 更正式地說，如果在迭代器返回條目後修改了支持映射，則映射條目的行爲是未定義的，除非通過映射條目上的setValue操作。
Node的描述：
基本哈希表節點，用於大多數條目。
（參見下面的TreeNode子類，以及LinkedHashMap中的Entry子類。）
這是一個靜態內部類， 用於存放 k - v 鍵值對的對象；是一個鏈表
| hash | key 的哈希值 |
| key | 鍵 |
| value | 值 |
| next | 下一個 node 節點 |
Node 實現源碼：
源碼實現比較簡單， 可以認爲單純的鏈表即 HashMap 的每個鍵值對
static class Node<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
final int hash;
final K key;
V value;
Node<K,V> next;
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;
}
}
二、HashMap 的字段屬性
public class HashMap<K,V> extends AbstractMap<K,V>
implements Map<K,V>, Cloneable, Serializable {
/* ----------------------- static final ------------------------------- */
static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; // aka 16
static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;
static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;
static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8;
static final int UNTREEIFY_THRESHOLD = 6;
static final int MIN_TREEIFY_CAPACITY = 64;
/* ---------------- Fields -------------- */
transient Node<K,V>[] table;
transient Set<Map.Entry<K,V>> entrySet;
transient Set<K> keySet;
transient Collection<V> values;
transient int size;
transient int modCount;
// (The javadoc description is true upon serialization.
// Additionally, if the table array has not been allocated, this
// field holds the initial array capacity, or zero signifying
// DEFAULT_INITIAL_CAPACITY.)
int threshold;
final float loadFactor;
}
| table | 存儲鏈表首個節點的數組 |
| entrySet | 用於保存所有節點 Entry 的Set集合, 主要支持迭代操作 |
| keySet | 用於保存所有key 的Set 集合, 主要支持迭代操作 |
| values | 用於保存所有 value 的 Collection的集合, 主要支持迭代 |
| size | 映射表的所有元素數量 |
| modCount | 這個映射表被修改過的次數, 用於迭代器判斷併發修改的計數器 |
| threshold | 要調整映射表大小的下一個值（capacity * load factor）。 |
| loadFactor | 哈希表的加載因子。 |
三、構造方法:
HashMap()
/**
* Constructs an empty <tt>HashMap</tt> with the default initial capacity
* (16) and the default load factor (0.75).
*/
public HashMap() {
this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR; // all other fields defaulted
}
HashMap(int initialCapacity)
/**
* Constructs an empty <tt>HashMap</tt> with the specified initial
* capacity and the default load factor (0.75).
*
* @param initialCapacity the initial capacity.
* @throws IllegalArgumentException if the initial capacity is negative.
*/
public HashMap(int initialCapacity) {
this(initialCapacity, DEFAULT_LOAD_FACTOR);
}
HashMap(int initialCapacity, float loadFactor)
/**
* Constructs an empty <tt>HashMap</tt> with the specified initial
* capacity and load factor.
*
* @param initialCapacity the initial capacity
* @param loadFactor the load factor
* @throws IllegalArgumentException if the initial capacity is negative
* or the load factor is nonpositive
*/
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);
}
HashMap(Map<? extends K, ? extends V> m)
/**
* Constructs a new <tt>HashMap</tt> with the same mappings as the
* specified <tt>Map</tt>. The <tt>HashMap</tt> is created with
* default load factor (0.75) and an initial capacity sufficient to
* hold the mappings in the specified <tt>Map</tt>.
*
* @param m the map whose mappings are to be placed in this map
* @throws NullPointerException if the specified map is null
*/
public HashMap(Map<? extends K, ? extends V> m) {
this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR;
putMapEntries(m, false);
}
四、Map 的方法
1. put(K k, V v)
源碼註釋: 將指定的值與此映射中的指定鍵相關聯。 如果映射先前包含鍵的映射，則替換舊值。
public V put(K key, V value) {
return putVal(hash(key), key, value, false, true);
}
時序圖
核心代碼
a) hash(Object key)
static final int hash(Object key) {
int h;
return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
}
b) putVal()
源碼註釋: 實現Map.put和相關方法
源碼分析: 這個方法是真正實現 鍵-值 的存儲, 其中調用的方法有 :擴容 resize()、獲取節點實例 newNode()、轉換成紅黑樹 treeifyBin() 、
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;
}
c) newNode()
// Create a regular (non-tree) node
Node<K,V> newNode(int hash, K key, V value, Node<K,V> next) {
return new Node<>(hash, key, value, next);
}
d ) resize()
源碼註釋: 初始化或加倍表格大小。 如果爲null，則根據字段閾值中保存的初始容量目標進行分配。 否則，因爲我們正在使用二次冪擴展，所以每個bin中的元素必須保持相同的索引，或者在新表中以兩個偏移的冪移動。
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;
}
持續更新 2018-12-29…