HashMap源码分析

HashMap是Java集合框架中的一个重要类，实现了Map接口，提供了键值对存储和快速查找功能。下面是对Java中HashMap的简要源码分析：

1. 主要成员变量

在HashMap的源码中，有几个主要的成员变量：

transient Node<K,V>[] table;
transient Set<Map.Entry<K,V>> entrySet;
transient int size;
int threshold;
final float loadFactor;
static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; // aka 16
static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;

• table: 用于存储键值对的数组，HashMap的核心数据结构。
• entrySet: HashMap中所有键值对的集合视图。
• size: HashMap中当前键值对的数量。
• threshold: 扩容阈值，当size超过threshold时，HashMap会进行扩容。
• loadFactor: 负载因子，默认为0.75，用于确定扩容时机。
• DEFAULT_INITIAL_CAPACITY: 默认的初始容量，即数组table的默认长度。
• DEFAULT_LOAD_FACTOR: 默认的负载因子。

2. 内部类 Node

HashMap中的键值对存储在Node数组中，Node是HashMap的静态内部类：

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

    Node(int hash, K key, V value, Node<K,V> next) {
        this.hash = hash;
        this.key = key;
        this.value = value;
        this.next = next;
    }

    public final K getKey()        { return key; }
    public final V getValue()      { return value; }
    public final String toString() { return key + "=" + value; }
    // 省略其他方法
}

• hash: 键的哈希码，用于确定存储位置。
• key: 键。
• value: 值。
• next: 指向下一个节点的引用，用于解决哈希冲突。

3. 构造函数

HashMap有多个构造函数，这里简单介绍一个最常用的构造函数：

public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {
    if (initialCapacity < 0)
        throw new IllegalArgumentException("Illegal initial capacity: " +
                                           initialCapacity);
    if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY)
        initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY;
    if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor))
        throw new IllegalArgumentException("Illegal load factor: " +
                                           loadFactor);
    this.loadFactor = loadFactor;
    this.threshold = tableSizeFor(initialCapacity);
}

• tableSizeFor(int cap): 这是一个私有方法，用于计算大于给定容量的最小的2的幂次方值，用作数组table的大小。

4. 添加键值对：put方法

HashMap的put方法用于向Map中添加键值对：

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

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;
}

• hash(key): 计算键的哈希码。
• resize(): 扩容方法，当size超过threshold时，调用此方法进行扩容。
• newNode(hash, key, value, next): 创建一个新的节点。
• treeifyBin(tab, hash): 将链表转换为红黑树，提高查找效率。
• afterNodeInsertion(evict): 插入节点后的处理。

5. 获取值：get方法

HashMap的get方法用于获取指定键对应的值：

public V get(Object key) {
    Node<K,V> e;
    return (e = getNode(hash(key), key)) == null ? null : e.value;
}

final Node<K,V> getNode(int hash, Object key) {
    Node<K,V>[] tab; Node<K,V> first, e; int n; K k;
    if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 &&
        (first = tab[(n - 1) & hash]) != null) {
        if (first.hash == hash && // always check first node
            ((k = first.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
            return first;
        if ((e = first.next) != null) {
            if (first instanceof TreeNode)
                return ((TreeNode<K,V>)first).getTreeNode(hash, key);
            do {
                if (e.hash == hash &&
                    ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                    return e;
            } while ((e = e.next) != null);
        }
    }
    return null;
}

• getNode(hash, key): 根据键获取节点。

6. 删除键值对：remove方法

HashMap的remove方法用于删除指定键对应的键值对：

public V remove(Object key) {
    Node<K,V> e;
    return (e = removeNode(hash(key), key, null, false, true)) == null ?
        null : e.value;
}

final Node<K,V> removeNode(int hash, Object key, Object value,
                           boolean matchValue, boolean movable) {
    Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, index;
    if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 &&
        (p = tab[index = (n - 1) & hash]) != null) {
        Node<K,V> node = null, e; K k; V v;
        if (p.hash == hash &&
            ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) {
            node = p;
        } else if ((e = p.next) != null) {
            if (p instanceof TreeNode)
                node = ((TreeNode<K,V>)p).getTreeNode(hash, key);
            else {
                do {
                    if (e.hash == hash &&
                        ((k = e.key) == key ||
                         (key != null && key.equals(k)))) {
                        node = e;
                        break;
                    }
                    p = e;
                } while ((e = e.next) != null);
            }
        }
        if (node != null && (!matchValue || (v = node.value) == value ||
                             (value != null && value.equals(v)))) {
            if (node instanceof TreeNode)
                ((TreeNode<K,V>)node).removeTreeNode(this, tab, movable);
            else if (node == p)
                tab[index] = node.next;
            else
                p.next = node.next;
            ++modCount;
            --size;
            afterNodeRemoval(node);
            return node;
        }
    }
    return null;
}

• removeNode(hash, key, value, matchValue, movable): 删除节点的方法。

7. 总结

HashMap的源码分析帮助我们理解了其基于哈希表实现的键值对存储和快速查找机制。它通过哈希码确定存储位置，在解决哈希冲突时