HashMap源码解析

KBkongbaiKB

于 2025-04-26 16:21:53 发布

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文章标签：哈希算法散列表算法

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/KBkongbaiKB/article/details/147538501

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📚 核心目录

设计哲学与版本演进
基础数据结构剖析
哈希函数实现奥秘
核心方法源码解读
扩容机制深度分析
线程安全问题全解
并发优化方案对比
性能调优实践指南
高频面试题破解

设计哲学与版本演进

JDK1.2

数组+链表

JDK1.5引入ConcurrentHashMap

JDK1.8树化优化

红黑树引入

尾插法替代头插法

hash算法优化

基础数据结构剖析

存储单元结构（JDK1.8+）

static class Node<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
    final int hash;    // 扰动后的哈希值
    final K key;
    V value;
    Node<K,V> next;    // 链表指针
  
    // 树节点扩展
    static final class TreeNode<K,V> extends LinkedHashMap.Entry<K,V> {
        TreeNode<K,V> parent;
        TreeNode<K,V> left;
        TreeNode<K,V> right;
        TreeNode<K,V> prev;    // 实现快速拆解
        boolean red;
    }
}

哈希函数实现奥秘

JDK1.8扰动算法

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

索引计算原理

// (n-1) & hash 代替模运算（要求n必须是2的幂）
index = (table.length - 1) & hash;

核心方法源码解读

putVal方法流程图

是

否

是

否

是

否

是

开始

计算key哈希

桶是否空?

新建节点存入

是树节点?

红黑树插入

遍历链表

找到相同key?

覆盖value

尾部插入新节点

长度>=8?

转换为红黑树

树化阈值控制逻辑

static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8;       // 链表转树阈值
static final int UNTREEIFY_THRESHOLD = 6;     // 树转链表阈值
static final int MIN_TREEIFY_CAPACITY = 64;   // 最小树化容量

扩容机制深度分析

resize() 核心步骤

计算新容量（oldCap << 1）
创建新数组
数据迁移：
- 单节点：直接rehash
- 链表：拆分为高低位链（基于高位bit）
- 红黑树：拆分为红黑树结构或退化为链表

高低位拆分原理

// JDK1.8扩容优化关键代码
Node<K,V> loHead = null, loTail = null;
Node<K,V> hiHead = null, hiTail = null;
next = e.next;
if ((e.hash & oldCap) == 0) {  // 判断高位bit
    if (loTail == null) loHead = e;
    else loTail.next = e;
    loTail = e;
} else {
    if (hiTail == null) hiHead = e;
    else hiTail.next = e;
    hiTail = e;
}

线程安全问题全解

经典死链问题（JDK1.7）

线程AEntry链线程B注意系统执行头插法同时修改next指针产生环形链表导致死循环线程AEntry链线程B注意系统

并发优化方案对比

线程安全实现方案

方案	原理	适用场景
Collections.synchronizedMap	方法级synchronized锁	低并发场景
ConcurrentHashMap	分段锁+CAS	高并发读写
ReadWriteLock	读写分离锁	读多写少场景
Hashtable	全表锁	已淘汰，不推荐使用

性能调优实践指南

初始化参数最佳实践

// 预期存储100个元素，负载因子0.75
int expectedSize = 100;
float loadFactor = 0.75f;
int initialCapacity = (int) Math.ceil(expectedSize / loadFactor);

Map<String, Object> optimizedMap = new HashMap<>(initialCapacity, loadFactor);