HashMap源码分析

概述

官方文档有如下几点描述：

• HashMap实现了Map接口，所有类型都可以作为key、value，包括null。
• 使用iterator遍历的顺序是不确定的，希望确定遍历顺序可以使用LinkedHashMap。
• HashMap不是线程安全的，如果存在多个线程同时对HashMap进行结构更改（增加/删除元素），需要显式同步。
• 如果iterator迭代过程中发现HashMap结构被改变了，会启动fail-fast机制，抛出ConcurrentModificationException 异常。但这种机制并不能保证一定起作用，所以不应该编写依赖于fail-fast机制的代码，最好只在debug时候用。

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结构

• 最初的HashMap是由链表数组组成的，key-value的存储形式是静态内部类Node。整个HashMap是一个Node<K,V>[] table，table中每个元素都是Bin中的首元素，它们包含一个引用，指向自己所在的Bin的下一个Node。
• 当某个Bin中的元素数量超过阈值TREEIFY_THRESHOLD（默认为8）后，这个Bin中元素的排列会由链表变为树。

所以准确地说，Java集合类HashMap是由链表/树组成的数组构成的。

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获取HashCode

HashMap自然是基于HashCode，但又不是简单的HashCode。HashMap中真正使用的HashCode是用如下函数计算的：

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

可以看到，调用了key.hashCode()后，对结果做了高位补0的移位，再和原来的结果做异或，才得到最终使用的HashCode。如果不这样处理，得到的Bin序号可能只受HashCode低位的影响，更可能造成不同Bin中元素数量差异过大，影响查找性能。

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插入元素

1. 找到Bin序号
   用n表示Bucket的数量，HashMap中Bin数量限制为2的幂，所以对Bucket数量取余可以写为(n - 1) & hash，这样就得到元素对应的Bucket的序号i。有了序号i就可以找到Bin了，table[i]即为元素所在的Bin的首元素，接下来判断Bin是否存在。

2. 新建Bin
   如果这个Bin不存在，也就是table[i] = null，则在此处新建节点，节点数据即为key和value：
   tab[i] = newNode(hash, key, value, null)

3. 增加Bin节点
   如果Bin存在，也就是发生了哈希冲突，就要为这个Bin增加节点。过程是：

   • 遍历Bin，如果发现了key相等的元素，则替换掉key对应的value，停止遍历，进入下一个步骤。
   • 如果遍历过程中发现该Bin中元素数量超过了阈值TREEIFY_THRESHOLD，则对该Bin进行Treeify()，将原来的链表变为树。
   • 如果遍历完了没有发现key相等的元素，就在尾部增加Node节点。

4. 后续操作
   如果HashMap的size超过了阈值，则进行resize()，阈值是loadFactor乘以table.length。

最后附上put()的代码：

put()方法：

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

putVal()方法：

/**
 * Implements Map.put and related methods
 *
 * @param hash hash for key
 * @param key the key
 * @param value the value to put
 * @param onlyIfAbsent if true, don't change existing value
 * @param evict if false, the table is in creation mode.
 * @return previous value, or null if none
 */
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;
}