容器——HashMap的源码分析（JDK1.8）

1.入口

public class MapTest {
    public static void main(String[] args) {
        //1.创建
        Map<Integer, Integer> map = new HashMap<>();
        //2.添加元素
        map.put(1, 1);
    }
}

2.创建（构造器及参数初始化）

//无参构造，设置负载系数为默认值
public HashMap() {
            this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR; // all other fields defaulted
        }
//负载系数默认值为0.75f
static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;

3.添加元素

public V put(K key, V value) {
        return putVal(hash(key), key, value, false, true);
    }
/*1.对key执行哈希算法*/
static final int hash(Object key) {
        int h;
        return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
    }
    
/*2.执行添加操作*/
final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,
               boolean evict) {
    HashMap.Node<K,V>[] tab; HashMap.Node<K,V> p; int n, i;
    //如果是第一次执行，执行重置节点数组的操作
    if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
        n = (tab = resize()).length;
    //不是第一次操作，但是当前位置无值
    if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
        tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
    //不是第一次操作，当前位置有值
    else {
        HashMap.Node<K,V> e; K k;
        //与此位置第一个元素equals相等，替代
        if (p.hash == hash &&
                ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
            e = p;
        //与此位置第一个元素equals不相等，并且是红黑树情况
        else if (p instanceof TreeNode)
            e = ((HashMap.TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
        //与此位置第一个元素equals不相等，那么进行挨个比较，满足条件时生成红黑树，正常情况使用链表
        else {
            for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
                if ((e = p.next) == null) {
                    //正常情况下就存储就好了
                    p.next = newNode(hash, key, value, null);
                    //特定情况下，将结构转换为红黑树
                    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;
}

//哈希箱：Node的定义：类似指向下一个的单向链表结构，用equals比较两个值是否相等
    static class Node<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
        final int hash;
        final K key;
        V value;
        HashMap.Node<K,V> next;

        Node(int hash, K key, V value, HashMap.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; }

        public final int hashCode() {
            return Objects.hashCode(key) ^ Objects.hashCode(value);
        }

        public final V setValue(V newValue) {
            V oldValue = value;
            value = newValue;
            return oldValue;
        }

        public final boolean equals(Object o) {
            if (o == this)
                return true;
            if (o instanceof Map.Entry) {
                Map.Entry<?,?> e = (Map.Entry<?,?>)o;
                if (Objects.equals(key, e.getKey()) &&
                        Objects.equals(value, e.getValue()))
                    return true;
            }
            return false;
        }
    }
    
 //预先定义的空的node
transient HashMap.Node<K,V>[] table;
    
//大意就是，第一次添加时按默认容量大小（16）创建Node，负载达到默认的负载率，然后按照2倍扩容
    final HashMap.Node<K,V>[] resize() {
        HashMap.Node<K,V>[] oldTab = table;
        int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length;
        int oldThr = threshold;
        int newCap, newThr = 0;
        if (oldCap > 0) {
            if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) {
                threshold = Integer.MAX_VALUE;
                return oldTab;
            }
            else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY &&
                    oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)
                newThr = oldThr << 1; // double threshold
        }
        else if (oldThr > 0) // initial capacity was placed in threshold
            newCap = oldThr;
        else {               // zero initial threshold signifies using defaults
            newCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY;
            newThr = (int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY);
        }
        //正常不会出现这种情况，有的话应该是位移计算导致的0，此时超过了int的范围
        if (newThr == 0) {
            float ft = (float)newCap * loadFactor;
            newThr = (newCap < MAXIMUM_CAPACITY && ft < (float)MAXIMUM_CAPACITY ?
                    (int)ft : Integer.MAX_VALUE);
        }
        threshold = newThr;
        @SuppressWarnings({"rawtypes","unchecked"})
        HashMap.Node<K,V>[] newTab = (HashMap.Node<K,V>[])new HashMap.Node[newCap];
        table = newTab;
        if (oldTab != null) {
            for (int j = 0; j < oldCap; ++j) {
                HashMap.Node<K,V> e;
                if ((e = oldTab[j]) != null) {
                    oldTab[j] = null;
                    if (e.next == null)
                        newTab[e.hash & (newCap - 1)] = e;
                    else if (e instanceof HashMap.TreeNode)
                        ((HashMap.TreeNode<K,V>)e).split(this, newTab, j, oldCap);
                    else { // preserve order
                        HashMap.Node<K,V> loHead = null, loTail = null;
                        HashMap.Node<K,V> hiHead = null, hiTail = null;
                        HashMap.Node<K,V> next;
                        do {
                            next = e.next;
                            if ((e.hash & oldCap) == 0) {
                                if (loTail == null)
                                    loHead = e;
                                else
                                    loTail.next = e;
                                loTail = e;
                            }
                            else {
                                if (hiTail == null)
                                    hiHead = e;
                                else
                                    hiTail.next = e;
                                hiTail = e;
                            }
                        } while ((e = next) != null);
                        if (loTail != null) {
                            loTail.next = null;
                            newTab[j] = loHead;
                        }
                        if (hiTail != null) {
                            hiTail.next = null;
                            newTab[j + oldCap] = hiHead;
                        }
                    }
                }
            }
        }
        return newTab;
    }

/*转换红黑树（数组某位置的元素，链表长度大于8个，即下标大于7，TREEIFY_THRESHOLD=8,且数组长度大于MIN_TREEIFY_CAPACITY=64）*/
    final void treeifyBin(HashMap.Node<K,V>[] tab, int hash) {
        int n, index; HashMap.Node<K,V> e;
        if (tab == null || (n = tab.length) < MIN_TREEIFY_CAPACITY)
            resize();
        else if ((e = tab[index = (n - 1) & hash]) != null) {
            HashMap.TreeNode<K,V> hd = null, tl = null;
            do {
                HashMap.TreeNode<K,V> p = replacementTreeNode(e, null);
                if (tl == null)
                    hd = p;
                else {
                    p.prev = tl;
                    tl.next = p;
                }
                tl = p;
            } while ((e = e.next) != null);
            if ((tab[index] = hd) != null)
                hd.treeify(tab);
        }
    }

4.总结（HashMap的底层实现原理）

1. HashMap map = new HashMap():此时不会创建数组，只会为负载因子赋默认值0.75

2. map.put(key1,value1):首次调用put()方法时，底层创建长度为16的Node[]

3. 存放过程

3.1首先，调用key1所在类的hashCode()计算key1哈希值，此哈希值经过某种算法计算以后，得到在Node数组中的存放位置。

3.2如果此位置上的数据为空，直接添加 ——情况1

3.3如果此位置的数据不为空，并且不是红黑树和链表，就比较进行替换或者添加，形成链表——情况2

3.4如果此位置上的数据不为空，并且是红黑树，就挨个比较进行替换或者添加——情况3

3.5如果此位置上的数据不为空，并且是链表，挨个比较，替换或者——情况4

3.6不满足替换条件时，且不满足生成红黑树的条件，那就继续使用链表存储——情况5

3.7不满足替换条件时，且满足生成红黑树的条件，那就将链表改为红黑树存储——情况6

4. 其他问题

4.1 在不断的添加过程中，会涉及到扩容问题，当超出临界值(且要存放的位置非空)时，扩容。默认的扩容方式：扩容为原来容量的2倍，并将原有的数据复制过来。

4.2 jdk7底层结构只有：数组+链表。jdk8中底层结构：数组+链表+红黑树。

4.3 形成链表时，七上八下（jdk7:新的元素指向旧的元素。jdk8：旧的元素指向新的元素）

4.4 当数组的某一个索引位置上的元素以链表形式存在的数据个数 > 8 且当前数组的长度 > 64时（不到64时，直接扩容，不是用红黑树），此时此索引位置上的所数据改为使用红黑树存储。

• DEFAULT_INITIAL_CAPACITY : HashMap的默认容量，16
• DEFAULT_LOAD_FACTOR：HashMap的默认加载因子：0.75
• threshold：扩容的临界值，=容量*填充因子：16 * 0.75 => 12
• TREEIFY_THRESHOLD：Bucket中链表长度大于该默认值，转化为红黑树:8
• MIN_TREEIFY_CAPACITY：桶中的Node被树化时最小的hash表容量:64