HashMap

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本文详细解读了HashMap作为基于哈希表的非同步Map接口实现的特点，包括其链表散列数据结构、存取机制、哈希计算、失败快速机制及线程安全性等内容。重点介绍了HashMap如何通过数组和链表结合的方式存储和检索键值对，以及其在实际应用中的优化策略。

HashMap%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;

HashMap是基于哈希表的Map接口的非同步实现。允许使用null值和null键。

数据结构%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;

HashMap是一个%26ldquo;链表散列%26rdquo;的数据结构，即数组和链表的结合体。HashMap底层就是一个数组结构，数组中的每一项又是一个链表。当新建一个HashMap的时候，就会初始化一个数组。

/** 
 * The table, resized as necessary. Length MUST Always be a power of two. 
 */  
transient Entry[] table;  
  
static class Entry%26lt;K,V%26gt; implements Map.Entry%26lt;K,V%26gt; {  
    final K key;  
    V value;  
    Entry%26lt;K,V%26gt; next;  
    final int hash;  
    %26hellip;%26hellip;  
}

Entry就是数组中的元素，每个 Map.Entry 其实就是一个key-value对，它持有一个指向下一个元素的引用，这就构成了链表。

存取实现%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;

public V put(K key, V value) {  
    // HashMap允许存放null键和null值。  
    // 当key为null时，调用putForNullKey方法，将value放置在数组第一个位置。  
    if (key == null)  
        return putForNullKey(value);  
    // 根据key的keyCode重新计算hash值。  
    int hash = hash(key.hashCode());  
    // 搜索指定hash值在对应table中的索引。  
    int i = indexFor(hash, table.length);  
    // 如果 i 索引处的 Entry 不为 null，通过循环不断遍历 e 元素的下一个元素。  
    for (Entry%26lt;K,V%26gt; e = table[i]; e != null; e = e.next) {  
        Object k;  
        if (e.hash == hash %26amp;%26amp; ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {  
            V oldValue = e.value;  
            e.value = value;  
            e.recordAccess(this);  
            return oldValue;  
        }  
    }  
    // 如果i索引处的Entry为null，表明此处还没有Entry。  
    modCount++;  
    // 将key、value添加到i索引处。  
    addEntry(hash, key, value, i);  
    return null;  
}

当我们往HashMap中put元素的时候，先根据key的hashCode重新计算hash值，根据hash值得到这个元素在数组中的位置（即下标），如果数组该位置上已经存放有其他元素了，那么在这个位置上的元素将以链表的形式存放，新加入的放在链头，最先加入的放在链尾。如果数组该位置上没有元素，就直接将该元素放到此数组中的该位置上。

addEntry(hash, key, value, i)方法根据计算出的hash值，将key-value对放在数组table的i索引处。addEntry 是HashMap 提供的一个包访问权限的方法，代码如下：

void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {  
    // 获取指定 bucketIndex 索引处的 Entry   
    Entry%26lt;K,V%26gt; e = table[bucketIndex];  
    // 将新创建的 Entry 放入 bucketIndex 索引处，并让新的 Entry 指向原来的 Entry  
    table[bucketIndex] = new Entry%26lt;K,V%26gt;(hash, key, value, e);  
    // 如果 Map 中的 key-value 对的数量超过了极限  
    if (size++ %26gt;= threshold)  
    // 把 table 对象的长度扩充到原来的2倍。  
        resize(2 * table.length);  
}

hash(int h)方法根据key的hashCode重新计算一次散列。此算法加入了高位计算，防止低位不变，高位变化时，造成的hash冲突。

static int hash(int h) {  
    h ^= (h %26gt;%26gt;%26gt; 20) ^ (h %26gt;%26gt;%26gt; 12);  
    return h ^ (h %26gt;%26gt;%26gt; 7) ^ (h %26gt;%26gt;%26gt; 4);  
}

对于任意给定的对象，只要它的 hashCode() 返回值相同，那么程序调用 hash(int h) 方法所计算得到的 hash 码值总是相同的。我们首先想到的就是把hash值对数组长度取模运算，这样一来，元素的分布相对来说是比较均匀的。但是，%26ldquo;模%26rdquo;运算的消耗还是比较大的，在HashMap中是这样做的：调用 indexFor(int h, int length) 方法来计算该对象应该保存在 table 数组的哪个索引处。indexFor(int h, int length) 方法的代码如下：

static int indexFor(int h, int length) {  
    return h %26amp; (length-1);  
}

它通过 h %26amp; (table.length -1) 来得到该对象的保存位，而HashMap底层数组的长度总是 2 的n 次方，这是HashMap在速度上的优化。

int capacity = 1;  
    while (capacity %26lt; initialCapacity)  
        capacity %26lt;%26lt;= 1;

这段代码保证初始化时HashMap的容量总是2的n次方，即底层数组的长度总是为2的n次方。

当length总是 2 的n次方时，h%26amp; (length-1)运算等价于对length取模，也就是h%length，但是%26amp;比%具有更高的效率。

%26nbsp;

public V get(Object key) {  
    if (key == null)  
        return getForNullKey();  
    int hash = hash(key.hashCode());  
    for (Entry%26lt;K,V%26gt; e = table[indexFor(hash, table.length)];  
        e != null;  
        e = e.next) {  
        Object k;  
        if (e.hash == hash %26amp;%26amp; ((k = e.key) == key || key.equals(k)))  
            return e.value;  
    }  
    return null;  
}

从HashMap中get元素时，首先计算key的hashCode，找到数组中对应位置的某一元素，然后通过key的equals方法在对应位置的链表中找到需要的元素。

%26nbsp;

归纳起来简单地说，HashMap 在底层将 key-value 当成一个整体进行处理，这个整体就是一个 Entry 对象。HashMap 底层采用一个 Entry[] 数组来保存所有的 key-value 对，当需要存储一个 Entry 对象时，会根据hash算法来决定其在数组中的存储位置，在根据equals方法决定其在该数组位置上的链表中的存储位置；当需要取出一个Entry时，也会根据hash算法找到其在数组中的存储位置，再根据equals方法从该位置上的链表中取出该Entry。

Fail-Fast机制%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;

我们知道java.util.HashMap不是线程安全的，因此如果在使用迭代器的过程中有其他线程修改了map，那么将抛出ConcurrentModificationException，这就是所谓fail-fast策略。

这一策略在源码中的实现是通过modCount域，modCount顾名思义就是修改次数，对HashMap内容的修改都将增加这个值，那么在迭代器初始化过程中会将这个值赋给迭代器的expectedModCount。

HashIterator() {  
    expectedModCount = modCount;  
    if (size %26gt; 0) { // advance to first entry  
    Entry[] t = table;  
    while (index %26lt; t.length %26amp;%26amp; (next = t[index++]) == null)  
        ;  
    }  
}

在迭代过程中，判断modCount跟expectedModCount是否相等，如果不相等就表示已经有其他线程修改了Map：

注意到modCount声明为volatile，保证线程之间修改的可见性。

final Entry%26lt;K,V%26gt; nextEntry() {     
    if (modCount != expectedModCount)     
        throw new ConcurrentModificationException();

迭代器的快速失败行为不能得到保证，一般来说，存在非同步的并发修改时，不可能作出任何坚决的保证。快速失败迭代器尽最大努力抛出 ConcurrentModificationException。因此，编写依赖于此异常的程序的做法是错误的，正确做法是：迭代器的快速失败行为应该

仅用于检测程序错误。

我是天王盖地虎的分割线%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;%26nbsp;