HashMap底层存储原理

HashMap存储原理

最新推荐文章于 2025-10-12 17:36:20 发布

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本文深入剖析了HashMap的存储结构，包括其内部使用的数组和链表结构，以及Entry对象如何存储键值对。此外还介绍了HashMap的主要属性及其作用。

HashMap在日常工作中使用场景非常多，程序员都知道是HashMap是线程非安全的，但是底层是以什么方式存储的？本人仔细研读了一下源码，也只是掌握了核心的存储功能，并没有把全部代码看明白，但是对于理解hashMap的存储结构完全够了。

存储结构

hashmap底层是以数组方式进行存储。将key-value对作为数组中的一个元素进行存储。
key-value都是Map.Entry中的属性。其中将key的值进行hash之后进行存储，即每一个key都是计算hash值，然后再存储。每一个Hash值对应一个数组下标，数组下标是根据hash值和数组长度计算得来。
由于不能的key有可能hash值相同，即该位置的数组中的元素出现两个，对于这种情况，hashmap采用链表形式进行存储。
下图描述了hashmap的存储结构图

Entry结构分析

Entry是hashMap中封装key-value键值对的，主要包括如下属性

static class Entry<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
        final K key;// map中key值，可以为null。
        V value; // map中的value值，可以为null。
        Entry<K,V> next;// 链表引用，防止key值不同，hash值相同。
        int hash; // 每个key的hash值
        // 构造函数
        Entry(int h, K k, V v, Entry<K,V> n) {
            value = v;
            next = n;
            key = k;
            hash = h;
        }

        public final K getKey() {
            return key;
        }

        public final V getValue() {
            return value;
        }
        // 同一个key时，新值替换旧值，返回旧值
        public final V setValue(V newValue) {
            V oldValue = value;
            value = newValue;
            return oldValue;
        }
       // key值重写equals方法
        public final boolean equals(Object o) {
            if (!(o instanceof Map.Entry))
                return false;
            Map.Entry e = (Map.Entry)o;
            Object k1 = getKey();
            Object k2 = e.getKey();
            if (k1 == k2 || (k1 != null && k1.equals(k2))) {
                Object v1 = getValue();
                Object v2 = e.getValue();
                if (v1 == v2 || (v1 != null && v1.equals(v2)))
                    return true;
            }
            return false;
        }
       // 重写hashCode值
        public final int hashCode() {
            return Objects.hashCode(getKey()) ^ Objects.hashCode(getValue());
        }

        public final String toString() {
            return getKey() + "=" + getValue();
        }
      // 其他方法省略
    }

HashMap属性分析

HashMap的属性分析

public class HashMap<K,V>
    extends AbstractMap<K,V>
    implements Map<K,V>, Cloneable, Serializable
{

    /**
     *默认情况下，hashmap大小为16.即1<<4就是1乘以2的4次幂=16
     */
    static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; // aka 16

    /**
      * hashMap的最大值
     */
    static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;

    /**
     * 默认加载加载因子，即使用空间达到总空间的0.75时，需要扩容。
     */
    static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;

    /**
     * 声明hashmap一个空数组。
     */
    static final Entry<?,?>[] EMPTY_TABLE = {};

    /**
     * 最开始时，hashmap是一个空数组。
     */
    transient Entry<K,V>[] table = (Entry<K,V>[]) EMPTY_TABLE;

    /**
     * map的元素的个数
     */
    transient int size;

    /*
     * hashmap的实际存储空间大小。这个空间是总空间*加载因子得出的大小。
     * 比如默认是16，加载因子是0.74。则threshold就是12。
     */
    int threshold;

    /**
     * 加载因子，即使用空间达到总空间的0.75时，需要扩容。
     */
    final float loadFactor;

    /**
     *
     */
    transient int modCount;

    /**
     *  threshold这个值的最大值就是Integer.MAX_VALUE
     */
    static final int ALTERNATIVE_HASHING_THRESHOLD_DEFAULT = Integer.MAX_VALUE;

put方法

put（key,value）方法是hashmap中最重要的方法，使用hashmap最主要的就是使用put,get两个方法。put方法底层存储又是什么呢，我们可以从put方法的源码进行分析

 public V put(K key, V value) {
         // 首次存储元素，初始化存储空间
        if (table == EMPTY_TABLE) {
            inflateTable(threshold);
        }
        // 如果key为null，则将null放入元素的第一个位置
        if (key == null)
            return putForNullKey(value);
        // 计算key的hash值    
        int hash = hash(key);
        // 根据key的hash值，数组长度计算该Entry<key,value>的数组下标
        int i = indexFor(hash, table.length);
        /**
        **如果当前key的已经存在于map中，则将新值替换成旧值。
        **/
        for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) {
            Object k;
            // 判断同一个key，既要判断hash值相同，还要判断key是同一个key，因为
            // 相同的key有可能hash值也相同。双重判断保证是同一个key。
            if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {
                V oldValue = e.value;
                e.value = value;
                e.recordAccess(this);
                return oldValue;
            }
        }
       // 如果是新的key需要存储，则增加操作次数modCount++
        modCount++;
        // 将新增key-value键值对添加中map中。
        addEntry(hash, key, value, i);
        return null;
    }

addEntry方法

addEntry方法是将新增的key-value键值对存入到map中。该方法主要完成两个功能：
1.1. 添加新元素前，判断是否需要对map的数组进行扩容，如果需要扩容，则扩容空间大小是多少?
1.2. 对于新增key-value键值对，如果key的hash值相同，则构造单向列表。
从源码分析结果如下：

/**
**  hash:key的hash值
**  key:存储的键
**  value：存储的value对象值
*** bucketIndex：数组下标位置，即key-value在数组中的位置。
**/
void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
        if ((size >= threshold) && (null != table[bucketIndex])) {
            resize(2 * table.length);
            hash = (null != key) ? hash(key) : 0;
            bucketIndex = indexFor(hash, table.length);
        }
      // 往数组中添加新的key-value键值对
      createEntry(hash, key, value, bucketIndex);
    }

createEntry

该方法主要完成两个功能，第一是添加新的key到Entry数组中，第二就是对于不同key的hash值相同的情况下，在同一个数组下标处，构建单向链表进行存储。

 void createEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
       // 取出当前位置的元素，如果是新添加的key,则e为null，已经有的元素为不为空。
        Entry<K,V> e = table[bucketIndex];
        // 添加新的key-value值或构建链表
        table[bucketIndex] = new Entry<>(hash, key, value, e);
        size++;
    }