Java--敲重点！JDK1.8 HashMap特性及底层数组+单链表+红黑树知识(建议收藏)

❤️‍大家好，我是贾斯汀！❤️‍

---

学习背景

由于整个HashMap底层源码实现很多，很难全部剖析，望见谅，本文主要挑选工作和面试经常遇到的一些重点和难点进行剖析即可，希望对你有所帮助！
在进入正文之前，我们知道JDK底层源码很多地方都用到了位运算以及进制相关的知识，HashMap底层也不例外，二进制是计算机底层存储格式，你电脑上所有东西，文件，视频，音乐，全部是二进制方式存储的，十进制就是我们平时的阿拉伯数字没啥可说，在学习本文时，建议先快速了解下Java几种位运算以及常见进制说明，特别是二进制的位运算，可以查看我的这篇文章进行快速了解下 https://blog.youkuaiyun.com/JustinQin/article/details/120505776

HashMap特性

• 继承AbstractMap抽象类，实现Map接口以及Cloneable, java.io.Serializable克隆和序列化
• 底层是由数组+链表组成的哈希表，JDK1.8链表长度超过8并且table数组大小大于64时才会将链表优化为红黑树
• 增删改查的效率都比较高，但多线程环境下是不安全的，可能存在问题
• 存储的元素是键值对，key键是唯一的，并且允许为key/value为null但不保证顺序
• 通过key的hash值计算出需要存放在哈希表中的数组位置index
• 默认初始化容量大小为0，第一次调用put真正给默认大小16，每次扩容oldCap << 1即原来容量的2倍
• 常用的API方法put(key,value)/get(key)/size()/isEmpty()/containsKey(key)/remove(key)
• 底层源码关键属性table、threshold、loadFactor、modCount、size

HashMap添加元素四步曲

前奏：HashMap如何添加一个元素？

HashMap底层数据结构主要通过put(K key, V value)方法添加元素，底层四步曲如下：

• 第一步曲：根据key得到hashCode值
• 第二步曲：根据hashCode值计算出hash值
• 第三步曲：根据hash值计算出哈希表数组index下标
• 第四步曲：将元素节点保存到哈希表指定数组index下标

HashMap添加元素的示例代码：

        HashMap<Object, Object> map = new HashMap<>();
        map.put("name","Justin");

HashMap底层put(key,value)方法源码：

    public V put(K key, V value) {
   
        return putVal(hash(key), key, value, false, true);
    }

再看下，hash方法实现源码：

    static final int hash(Object key) {
   
        int h;
        return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
    }

接下来将解读HashMap底层源码添加元素四部曲具体实现

第一步曲：根据key得到hashCode值

以上面示例代码说明，这里key是字符串"name"，String重写了计算字符串hashCode值的hashCode()方法，源码如下：

计算得到hashCode值为3373707

第二步曲：根据hashCode值计算出hash值

hash值计算的过程用到了^（异或）和>>>(无符号右移)两种位运算
(h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16) 即 (3373707) ^ (3373707 >>> 16)
这里为了方便展示，二进制每四位使用空格格式化，位运算过程如下：

计算key="name"的hash值二进制结果是1100110111101010111000转成十进制为3373752

进制在线转换：https://c.runoob.com/front-end/58/

即计算key="name"的hash值为3373752，也可以debug断点往后查看hash值刚好也是这个值

第三步曲：根据hash值计算出哈希表数组index下标

公式：i = (n - 1) & hash

这里公式(n - 1) & hash 用到了&按位与运算（都为1则得1），奥妙之处在于n表示HashMap中的数组容量大小，并且刚好是16,32,64…2的次方，这种情况其实是等效于 hash % n 取模计算出的数组index下标值，并且下标不会超过容量(n-1)即能够保证不会数组下标越界

但是HashMap这里没有使用%取模，而是使用位运算，直接对内存数据进行操作，效率最高，如果使用%取模需要先将内存数据转成十进制再进行运算，多了这部分的性能开销，效率会变低

HashTable底层倒是用的%取模，hash值与十六进制0x7FFFFFFF做按位与运算目的是为了保证hash值始终是正数

有的小伙伴可能会问了，使用%取模计算，那这里为啥HashTable还在用，我想说的是其实也可以优化，只不过HashTable本身就是主打synchronized线程安全，也就不考虑优化%取模为位运算了吧

第四步曲：将元素节点保存到哈希表指定数组index下标

    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)
            //该位置首次添加节点，则直接新建节点添加
            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)
                //如果节点是红黑树，调用方法进行添加元素
                e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
            else {
   
                //如果节点是链表，则遍历链表
                for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
   
                    //遍历链表到最后一个节点
                    if ((e = p.next) == null) {
   
                        //新建节点进行添加
                        p.next = newNode(hash, key, value, null);
                        //如果遍历指定位置的链表现有节点已经是大于等于8个了
                        if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD -