Java中的HashMap源码分析

LucKk3

已于 2022-03-30 17:13:25 修改

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文章标签： java

于 2022-03-27 11:03:59 首次发布

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/Palpitate_fx/article/details/123768423

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本文详细分析了Java中的HashMap，从其继承体系、Map概念、哈希表原理到存储结构。HashMap采用数组+链表+红黑树的方式解决哈希冲突，当链表长度达到8时转为红黑树。此外，文章还介绍了HashMap的构造方法、put和get操作、扩容机制、散列冲突解决方案及快速失败机制。

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put( K key,V value)方法

HashMap的继承体系

1.HashMap实现了Serializable接口，可以被序列化

2.HashMap实现了Cloneable接口，可以被克隆

3.HashMap继承自AbstractMap类，实现了Map接口

什么是Map

1.Map是一个接口，他是key-value的键值对，一个map不能包含重复的key，并且每一个key只能映射一个value；

2.Map接口提供了三个集合视图：key的集合，value的集合，key-value的集合；

3.Map内元素的顺序取决于Iterator的具体实现逻辑，获取集合内的元素实际上是获取一个迭代器，实现对其中元素的遍历；

4.Map接口的具体实现中存在三种Map结构，其中HashMap和TreeMap都允许存在null值，而HashTable的key不允许为空，但是HashMap不能保证遍历元素的顺序，TreeMap能够保证遍历元素的顺序。

哈希表

哈希表（HashTable，散列表）是根据key-value进行访问的数据结构，他是通过把key映射到表中的一个位置来访问记录，加快查找的速度，其中映射的函数叫做散列函数，存放记录的数组叫做散列表，哈希表的主干是数组

上面的图中就是一个值插入哈希表中的过程，那么存在的问题就是不同的值在经过hash函数之后可能会映射到相同的位置上，当插入一个元素时，发现该位置已经被占用，这时候就会产生冲突，也就是所谓的哈希冲突，因此哈希函数的设计就至关重要，一个好的哈希函数希望尽可能的保证计算方法简单，但是元素能够均匀的分布在数组中，但是数组是一块连续的且是固定长度的内存空间，不管一个哈希函数设计的多好，都无法避免得到的地址不会发生冲突，因此就需要对哈希冲突进行解决。

（1）开放定址法：当插入一个元素时，发生冲突，继续检查散列表的其他项，直到找到一个位置来放置这个元素，至于检查的顺序可以自定义；

（2）再散列法：使用多个hash函数，如果一个发生冲突，使用下一个hash函数，直到找到一个位置，这种方法增加了计算的时间；

（3）链地址法：在数组的位置使用链表，将同一个hashCode的元素放在链表中，HashMap就是使用的这种方法，数组+链表的结构。

存储结构

HashMap采用了(数组 + 链表 + 红黑树)的实现结构，数组的一个元素称作为桶。

数组中的每一个元素值为链表，此链表为单向链表，jdk1.8之后使用的是红黑树的存储体系

在添加元素时，会根据key的hash值计算出元素在数组中的位置，如果该位置中没有元素，则直接把元素存储在此位置，如果该位置有元素了，则把元素以链表的形式存放在链表的尾部

HashMap的属性

 //默认的初始容量为16
    static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; // aka 16

    //最大的容量为2的30次方
    static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;
 
    //默认的装载因子
    static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;

    //当桶中元素的个数大于8时进行树化
    static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8;
    
    //当桶中的元素个数小于等于6时转换为链表
    static final int UNTREEIFY_THRESHOLD = 6;
   
    //桶的个数达到64个时进行树化
    static final int MIN_TREEIFY_CAPACITY = 64;

    //数组，元素称为桶
    transient Node<K,V>[] table;
   
    transient Set<Map.Entry<K,V>> entrySet;
 
    transient int size;

Node内部类

static class Node<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
        final int hash;//存储key的hash值
        final K key;
        V value;
        Node<K,V> next;
        ......
}

数组容量：
数组的容量默认为16个，最大为2的30次方
装载因子：
装载因子用来计算容量达到多少时进行扩容，默认为0.75
树化：
当容量达到64个且链表的长度达到8个时才进行树化，当链表小于6个时才进行反树化

HashMap的构造方法

//1.指定容量和负载因子
public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {
    //判断初始容量是否合法
    if (initialCapacity < 0)
        throw new IllegalArgumentException("Illegal initial capacity: " +
                                            initialCapacity);
    //判断初始容量是否大于最大容量，如果大于则初始化为最大容量 1 << 30
    if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY)
        initialCapacity = MAXIMUM_CAP

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