源码剖析

 

1. HashMap（jdk1.7版本） - 此篇详解

 

大家都知道，jdk1.7版本底层数组+链表(单向链表)，结合笔者的经验之谈，我觉得在分析HashMap集合具体操作源码前，有必要先了解下其底层链表结构，上源码…

 

• 链表结构 - 单向链表

    /**
     * HashMap1.7中定义- 单向链表
     */
    static class Entry<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
        // key值
        final K key;
        // value值
        V value;
        // 下一个节点
        Entry<K,V> next;
        // hash值
        int hash;

        Entry(int h, K k, V v, Entry<K,V> n) {
            value = v;
            next = n;
            key = k;
            hash = h;
        }

        public final K getKey() { return key; }

        public final V getValue() { return value; }

        public final V setValue(V newValue) {
            V oldValue = value;
            value = newValue;
            return oldValue;
        }

        // 重写equals方法
        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;
        }

        // 重写hashCode方法
        public final int hashCode() { return Objects.hashCode(getKey()) ^ Objects.hashCode(getValue()); }

        // 重写toString方法
        public final String toString() { return getKey() + "=" + getValue(); }

        // value被覆盖调用一次
        void recordAccess(HashMap<K,V> m) { }

        // todo：此此两方法主要作用于HashMap的子类实现，eg：linkedHashMap

        // 每移除一个entry就被调用一次
        void recordRemoval(HashMap<K,V> m) { }
    }
    

每一个Entry节点包含四个属性：key表示当前节点key值；value表示当前节点value值，next节点表示当前节点下一个节点，如当前节点为链表末尾节点，则当前节点的next节点为null；hash表示当前节点key值通过算法计算出来的hash值；

      单个Entry节点：

      单向链表图解：

      HashMap1.7版本底层 数组 + 单向链表 图解：

• 构造函数

 

    // 数组默认初始容量 - 16
    static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; // aka 16

    // 加载因子 - 默认值
    static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;

    // 加载因子
    final float loadFactor;

    // 最大容量
    static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;

    // 扩容阈值(也表示hashMap底层数组实际存放元素大小)
    int threshold;

    /**
     * 无参构造
     */
    public HashMap() {
        this(DEFAULT_INITIAL_CAPACITY, DEFAULT_LOAD_FACTOR);
    }

    /**
     * 有参构造
     * @param initialCapacity：自定义初始容量
     * @param loadFactor：自定义
     */
    public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {
        // 判断初始容量值有效性
        if (initialCapacity < 0)
            throw new IllegalArgumentException("Illegal initial capacity: " + initialCapacity);

        // 判断最大初始容量
        if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY)
            initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY;

        // 判断加载因子有效性
        if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor))
            throw new IllegalArgumentException("Illegal load factor: " + loadFactor);

        // 设置加载因子-默认0.75
        this.loadFactor = loadFactor;
        // 设置扩容阈值(构造初始化为16，第一次put为12)
        threshold = initialCapacity;

        // 模板方法-默认无实现
        init();
    }

    // 模板方法-设计模式：表示继承可拓展
    void init() {

    }

 

从源码中可以看出，构造只为相关参数（加载因子、扩容阈值）进行初始化；

其中需注意一点，我们都知道HashMap的扩容阈值为12，但在构造初始化的时候扩容阈值为16

 

• put() - 添加元素方法

    // 数组默认值-空数组
    static final Entry<?,?>[] EMPTY_TABLE = {};

    // 底层数组
    transient Entry<K,V>[] table = (Entry<K,V>[]) EMPTY_TABLE;

    // HashMap元素个数
    transient int size;

    // 记录对HashMap操作次数
    transient int modCount;

    transient int hashSeed = 0;

    /**
     * 入口
     */
    public V put(K key, V value) {
    
        // 1.第一次put元素
        // 数组为空进行参数初始化-表示第一次put元素
        if (table == EMPTY_TABLE) {
            // 数组初始化/参数初始化
            // 第一次put时，threshold经过构造方法赋值为16
            inflateTable(threshold);
        }

        // 2.添加key为null的元素
        if (key == null)
            return putForNullKey(value);

        // 3.添加key非null的元素
        // 计算hash值
        int hash = hash(key);
        // 计算数组对应下标值
        int i = indexFor(hash, table.length);

        // 遍历数组下标为i的链表
        for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) {
            Object k;
            // hash冲突 && key相同
            if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {
                // 获取遍历节点元素值
                V oldValue = e.value;
                // 对value进行覆盖
                e.value = value;
                // value被覆盖时调用
                e.recordAccess(this);
                // 返回旧元素值
                return oldValue;
            }
        }

        // 操作次数++
        modCount++;
        // 添加Entry节点
        addEntry(hash, key, value, i);

        return null;
    }

    // 数组初始化/参数初始化
    private void inflateTable(int toSize) {
        // 计算初始容量
        // 第一次put时，返回值：16
        int capacity = roundUpToPowerOf2(toSize);

        // 计算扩容阈值：16 * 0.75 = 12
        threshold = (int) Math.min(capacity * loadFactor, MAXIMUM_CAPACITY + 1);
        // 初始化长度为16的table数组
        table = new Entry[capacity];

        // 此方法不影响主要功能
        initHashSeedAsNeeded(capacity);
    }

    // 用于返回大于等于最接近number的2的整数次幂
    private static int roundUpToPowerOf2(int number) {
        // 第一次put元素时: 16 >= 数组最大容量(1 << 30) ? (1 << 30) : (16 > 1) ? Integer.highestOneBit((16-1) << 1) : 1
        // Integer.highestOneBit((16-1) << 1) = Integer.highestOneBit(30) = 16
        return number >= MAXIMUM_CAPACITY ? MAXIMUM_CAPACITY : (number > 1) ? Integer.highestOneBit((number - 1) << 1) : 1;
    }

    // 添加key为null的元素 - 可以看出key为null时，存放在数组下标为0的位置
    private V putForNullKey(V value) {
        // 遍历数组下标为0的链表
        for (Entry<K,V> e = table[0]; e != null; e = e.next) {
            if (e.key == null) {
                // 获取遍历节点元素值
                V oldValue = e.value;
                // 对value进行覆盖
                e.value = value;
                // value被覆盖时调用
                e.recordAccess(this);
                // 返回旧值
                return oldValue;
            }
        }
        // 操作次数++
        modCount++;
        // 添加Entry节点
        addEntry(0, null, value, 0);

        return null;
    }

    // 添加Entry节点
    void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
        // map元素个数 > 扩容阈值 && 当前数组位置对应链表不为空
        if ((size >= threshold) && (null != table[bucketIndex])) {
            // 将源数组中的元素值散列至新数组
            resize(2 * table.length);
            // 计算hash值 - 重新计算
            hash = (null != key) ? hash(key) : 0;
            // 计算对应新数组下标位置
            bucketIndex = indexFor(hash, table.length);
        }

        // 添加Eentry节点
        createEntry(hash, key, value, bucketIndex);
    }

    // 将源数组中的元素值散列至新数组
    void resize(int newCapacity) {
        // 获取源数组
        Entry[] oldTable = table;
        // 获取源数组长度
        int oldCapacity = oldTable.length;

        // 数组长度最大值设置
        if (oldCapacity == MAXIMUM_CAPACITY) {
            threshold = Integer.MAX_VALUE;
            return;
        }

        // 创建长度为源数组长度2倍的新数组
        Entry[] newTable = new Entry[newCapacity];

        // 将源数组中的元素值散列至新数组
        transfer(newTable, initHashSeedAsNeeded(newCapacity));
        // 将新数组赋值至源数组
        table = newTable;
        // 重新计算扩容阈值
        threshold = (int)Math.min(newCapacity * loadFactor, MAXIMUM_CAPACITY + 1);
    }

    // 获取当前Key对应hash值
    final int hash(Object k) {
        int h = hashSeed;
        if (0 != h && k instanceof String)
            return sun.misc.Hashing.stringHash32((String) k);

        h ^= k.hashCode();

        h ^= (h >>> 20) ^ (h >>> 12);
        return h ^ (h >>> 7) ^ (h >>> 4);
    }

    // 获取对应数组下标位置
    static int indexFor(int h, int length) {
        return h & (length-1);
    }

    // 添加Eentry节点
    void createEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
        // 获取数组下标对应链表
        Entry<K,V> e = table[bucketIndex];
        // 向链表中添加节点
        table[bucketIndex] = new Entry<>(hash, key, value, e);
        // HashMap元素个数++
        size++;
    }

    // 将源数组中元素散列至新数组中
    void transfer(Entry[] newTable, boolean rehash) {
        // 获取新数组长度
        int newCapacity = newTable.length;

        // 遍历源数组，将元素按照一定规则散列至新数组
        // 外循环：遍历数组
        for (Entry<K,V> e : table) {
            // 内循环：遍历数组位置对应链表
            while(null != e) {
                // 获取当前节点下一个节点
                Entry<K,V> next = e.next;
                if (rehash) {
                    // true：重新计算hash值
                    e.hash = null == e.key ? 0 : hash(e.key);
                }
                // 获取对应新数组的下标值
                int i = indexFor(e.hash, newCapacity);

                // 下面三步一定要连起来去思考：
                // **前提条件，2次循环都作用于新数组同一下标位置的情况：
                //   第一次循环时，newTable[i]为空，先赋值给当前遍历节点的下个节点，再将当前遍历节点赋值给对应新下标的新数组，最后继续循环
                //   第二次循环时，newTable[i]为上次(存入同一下标位置对应新数组的链表)，然后赋值给当前遍历节点的下个节点(此节点实则为上一次遍历节点的下一个节点，
                //      从这里可以看出，HashMap1.7这里用的是头插法)，再将此链表赋值给同一下标位置的新数组中，最后不为空继续循环；
                e.next = newTable[i];
                newTable[i] = e;
                e = next;
            }
        }
    }
    

put()添加元素方法只做了三件事，下面我们拆解分析下：

 

• 第一次put元素（当前为第一次添加元素时）：

1. 计算扩容阈值：

<span style="color:#000000"><code class="language-java">	threshold <span style="color:#ac9739">=</span> <span style="color:#999999">(</span><span style="color:#6679cc">int</span><span style="color:#999999">)</span> Math<span style="color:#999999">.</span><span style="color:#3d8fd1">min</span><span style="color:#999999">(</span>capacity <span style="color:#ac9739">*</span> loadFactor<span style="color:#999999">,</span> MAXIMUM_CAPACITY <span style="color:#ac9739">+</span> <span style="color:#ac9739">1</span><span style="color:#999999">)</span><span style="color:#999999">;</span> <span style="color:#6b7394">// threshold = 16 * 0.75 = 12</span>
</code></span>

1. 初始化底层数组：

<span style="color:#000000"><code class="language-java">	table <span style="color:#ac9739">=</span> <span style="color:#6679cc">new</span> Entry<span style="color:#999999">[</span>capacity<span style="color:#999999">]</span><span style="color:#999999">;</span> <span style="color:#6b7394">// capacity = 16</span>
</code></span>

•  

• 添加key为null的元素：

 

遍历数组下标为0的链表：

⑴ 如判断已存在 key=null 的节点，则覆盖其value值；

       if (e.key == null) {
           // 获取遍历节点元素值
           V oldValue = e.value;
           // 对value进行覆盖
           e.value = value;
           // value被覆盖时调用
           e.recordAccess(this);
           // 返回旧值
           return oldValue;
       }
 

 

 ⑵ 反之，则添加节点；

       // 操作次数++
       modCount++;
       
       // 添加Entry节点
       addEntry(0, null, value, 0);
 

• 添加key非null的元素：

1. 计算key键对应的hash值：

2. 通过hash值计算对应数组下标存放位置；

3. 遍历数组对应下标的链表(步骤2计算的下标)：

   ⑴ 如判断hash值相等且key值相等，则覆盖其value值；

    if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {
         // 获取遍历节点元素值
         V oldValue = e.value;
         // 对value进行覆盖
         e.value = value;
         // value被覆盖时调用
         e.recordAccess(this);
         // 返回旧元素值
         return oldValue;
     }
⑵ 反之，则添加节点；

       // 操作次数++
       modCount++;
       
       // 添加Entry节点
       addEntry(0, null, value, 0);

• get() - 获取元素方法

    /**
     * 入口
     */
    public V get(Object key) {
        // key为空时获取元素值
        if (key == null)
            return getForNullKey();

        // 获取key对应Entry链表
        Entry<K,V> entry = getEntry(key);

        // 返回对应元素值
        return null == entry ? null : entry.getValue();
    }

    // key为空获取元素值 - 可以看出key为null时，在下标为0的位置的数组获取
    private V getForNullKey() {
        // map元素个数为0时返回 null
        if (size == 0) {
            return null;
        }

        // 获取下标为0的链表
        for (Entry<K,V> e = table[0]; e != null; e = e.next) {
            // 遍历key=null，返回对应元素值
            if (e.key == null)
                return e.value;
        }
        // 无->返回null
        return null;
    }

    // 获取key对应Entry链表
    final Entry<K,V> getEntry(Object key) {
        // map元素个数为0时返回 null
        if (size == 0) {
            return null;
        }

        // 计算hash
        int hash = (key == null) ? 0 : hash(key);
        // 1.计算对应数组下标值 2.遍历数组位置对应链表
        for (Entry<K,V> e = table[indexFor(hash, table.length)]; e != null; e = e.next) {
            Object k;
            // hash相等 && key相等
            if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                return e;
        }
        // 无->返回null
        return null;
    }
 

从源码中可以看出，获取元素时做了2件事：

• 获取 key=null 的元素：

1. 遍历数组下标为0的链表：

   ⑴ 如判断已存在 key=null 的节点，则返回其value值；

     for (Entry<K,V> e = table[0]; e != null; e = e.next) {
         // 遍历key=null，返回对应元素值
         if (e.key == null)
             return e.value;
     }
 ⑵ 反之，则返回null；

• 获取 key非null 的元素：

1. 计算key键对应的hash值：

2. 通过hash值计算对应数组下标存放位置；

3. 遍历数组对应下标的链表(步骤2计算的下标)：

   ⑴ 如判断hash值相等且key值相等，则返回其value值；

    for (Entry<K,V> e = table[indexFor(hash, table.length)]; e != null; e = e.next) {
        Object k;
        // hash相等 && key相等
        if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
            return e;
    }
 ⑵ 反之，则返回 null；

 

• remove() - 删除元素方法

    /**
     * 入口
     */
    public V remove(Object key) {
        // 获取key对应Entry链表
        Entry<K,V> e = removeEntryForKey(key);
        // 返回删除元素值
        return (e == null ? null : e.value);
    }

    // 获取删除元素对应Entry链表
    final Entry<K,V> removeEntryForKey(Object key) {
        // map元素个数为0时返回 null
        if (size == 0) {
            return null;
        }

        // 计算hash值
        int hash = (key == null) ? 0 : hash(key);
        // 计算对应数组下标位置
        int i = indexFor(hash, table.length);
        // 获取数组下标为i对应链表
        Entry<K,V> prev = table[i];
        // 链表第一次赋值
        Entry<K,V> e = prev;

        // 遍历此链表
        while (e != null) {
            // 获取当前节点下一个节点
            Entry<K,V> next = e.next;
            Object k;
            // hash相等 && key相等
            if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) {
                // 操作次数++
                modCount++;
                // map元素个数--
                size--;

                // 当前判断表示：循环此链表第一个节点
                if (prev == e)
                    // 直接将当前遍历(删除)节点的下一个节点赋值即可
                    table[i] = next;
                else
                    // 表示循环非此链表第一个节点
                    // 将上个节点的next节点设置为 当前遍历(删除)节点的下一个节点
                    prev.next = next;
                // 移除一个entry调用一次
                e.recordRemoval(this);
                // 返回删除节点
                return e;
            }
            // 将当前遍历(非删除)节点赋值给prev
            prev = e;
            // 将当前遍历(非删除)节点的下一个节点赋值给e(下一次遍历的节点)
            e = next;
        }

        // e!=null但无对应key -> 返回此链表最后一个Entry节点
        // e==null -> 返回null
        return e;
    }
    
删除元素实则就做了一件事，修改节点之间的引用；

 

• HashMap（jdk1.7版本）总结：

1. 底层为数组 + 链表(单向链表)；
2. 线程不安全；
3. 数组初始容量为16；
4. 扩容加载因子为0.75；
5. 扩容阈值 a.构造之后为16，第一次put()方法后为12；
6. 扩容死循环问题 - 笔者之后会另起一篇详解；
7. 有modCount；

    

标签：hash,HashMap,value,java7,详解,key,Entry,null,节点
来源： https://blog.csdn.net/liuerchong/article/details/112094276