本文详细介绍了Java中的三种Map实现：HashMap、LinkedHashMap和ConcurrentHashMap。HashMap基于数组和链表（或红黑树）实现，线程不安全；LinkedHashMap则在HashMap基础上增加了双向链表，保证了插入或访问顺序；ConcurrentHashMap是线程安全的Map，其内部机制保证了并发环境下的高效操作。
HashMap: （JDK1.8）
HashMap是基于map接口实现的，允许使用null值，null键，由于key不允许重复，因此只有一个key为null,另外HashMap不保存元素放入顺序，是线程不安全的。
HashMap底层是基于数组实现， 数组中每一项是单向链表，即数据和链表结合体，当链表长度大于一定阀值，转为红黑树
HashMap在底层将key-value当成一个整体，就是一个node对象，采用一个node[]数组保存
/**
* Constructs an empty <tt>HashMap</tt> with the specified initial
* capacity and load factor.
* 构建一个空HashMap 具有指定的初始容量和负荷因子
* @param initialCapacity the initial capacity 初始容量
* @param loadFactor the load factor 负荷因子
* @throws IllegalArgumentException if the initial capacity is negative
* or the load factor is nonpositive （异常）
* MAXIMUM_CAPACITY = 1<<30 == 1073741824
*/
继承关系
基础属性： static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; // aka 16 // 初始容量 16 static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30; //最大容量 static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f; //默认负荷系数 static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8; static final int UNTREEIFY_THRESHOLD = 6; static final int MIN_TREEIFY_CAPACITY = 64;
static class Node<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
final int hash;//用于定位数组索引的位置
final K key;
V value;
Node<K,V> next; // 下一个node
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; }
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;
}
}
计算 hashMap hash
hashMap put方法
put函数大致的思路为：
- 对key的hashCode()做hash，然后再计算index;
- 如果没碰撞直接放到bucket里；
- 如果碰撞了，以链表的形式存在buckets后；
- 如果碰撞导致链表过长(大于等于TREEIFY_THRESHOLD)，就把链表转换成红黑树；
- 如果节点已经存在就替换old value(保证key的唯一性)
- 如果bucket满了(超过load factor*current capacity)，就要resize。
public V put(K key, V value) {
return putVal(hash(key), key, value, false, true);
}
//生成hash
static final int hash(Object key) {
int h;
return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
}
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;//创建一个新的table数组，并且获取该数组的长度
//根据键值key计算hash值得到插入的数组索引i，如果table[i]==null，直接新建节点添加
if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
else { // 如果对应节点存在
Node<K,V> e; K k;
//判断table[i]的首个元素是否和key一样，如果相同直接覆盖value
if (p.hash == hash &&
((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
e = p;
else if (p instanceof TreeNode) //判断table[i] 是否为treeNode，即table[i] 是否是红黑树，如果是红黑树，则直接在树中插入键值对
e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
else {// 该链为链表
//遍历table[i]，判断链表长度是否大于TREEIFY_THRESHOLD(默认值为8)，
//大于8的话把链表转换为红黑树，在红黑树中执行插入操作，否则进行链表的插入操作；遍历过程中若发现key已经存在直接覆盖value即可；
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;
}
1.7中 HashMap put方法
public V put(K key, V value) {
// 如果table引用指向成员变量EMPTY_TABLE，那么初始化HashMap（设置容量、临界值，新的Entry数组引用）
if (table == EMPTY_TABLE) {
inflateTable(threshold);
}
// 若“key为null”，则将该键值对添加到table[0]处，遍历该链表，如果有key为null，则将value替换。没有就创建新Entry对象放在链表表头
// 所以table[0]的位置上，永远最多存储1个Entry对象，形成不了链表。key为null的Entry存在这里
if (key == null)
return putForNullKey(value);
// 若“key不为null”，则计算该key的哈希值
int hash = hash(key);
// 搜索指定hash值在对应table中的索引
int i = indexFor(hash, table.length);
// 循环遍历table数组上的Entry对象，判断该位置上key是否已存在
for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) {
Object k;
// 哈希值相同并且对象相同
if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {
// 如果这个key对应的键值对已经存在，就用新的value代替老的value，然后退出！
V oldValue = e.value;
e.value = value;
e.recordAccess(this);
return oldValue;
}
}
// 修改次数+1
modCount++;
// table数组中没有key对应的键值对，就将key-value添加到table[i]处
addEntry(hash, key, value, i);
return null;
}
hashMap get方法
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;
}
扩容机制
void resize(int newCapacity) { //传入新的容量
Entry[] oldTable = table; //引用扩容前的Entry数组
int oldCapacity = oldTable.length;
if (oldCapacity == MAXIMUM_CAPACITY) { //扩容前的数组大小如果已经达到最大(2^30)了
threshold = Integer.MAX_VALUE; //修改阈值为int的最大值(2^31-1)，这样以后就不会扩容了
return;
}
Entry[] newTable = new Entry[newCapacity]; //初始化一个新的Entry数组
transfer(newTable); //！！将数据转移到新的Entry数组里
table = newTable; //HashMap的table属性引用新的Entry数组
threshold = (int)(newCapacity * loadFactor);//修改阈值
}
LinkedHashMap（JDK1.8）
继承与HashMap,底层使用hash表和双向链表来保存所有元素，允许使用null值和null键
/ /双向链表的头部(eldest)
transient LinkedHashMap.Entry<K,V> head;
//双向链表的尾部(youngest)
transient LinkedHashMap.Entry<K,V> tail;
//accessOrder为true时，按访问顺序排序，false时，按插入顺序排序
final boolean accessOrder
LinkedHashMap的Entry是继承与Node类，也就是LinkedHashMap与HashMap的根本区别所在，Node是链表形式，只有next与下一个元素进行连接，而Entry的链表有before和after两个连接点。
区别是将节点变成Entry，并且按照链表方式将元素有序连接
void afterNodeAccess(Node<K,V> e) { // move node to last
LinkedHashMap.Entry<K,V> last;
// 若访问顺序为true，且访问的对象不是尾结点
if (accessOrder && (last = tail) != e) {
LinkedHashMap.Entry<K,V> p =
(LinkedHashMap.Entry<K,V>)e, b = p.before, a = p.after;
p.after = null;
if (b == null)
head = a;
else
b.after = a;
if (a != null)
a.before = b;
else
last = b;
if (last == null)
head = p;
else {
p.before = last;
last.after = p;
}
tail = p;
++modCount;
}
}
就是说在进行put之后就算是对节点的访问了，那么这个时候就会更新链表，把最近访问的放到最后，保证链表。关键参数是accessOrder，
这个参数只有在public LinkedHashMap(int initialCapacity, float loadFactor,boolean accessOrder) 中可以手动设置为true，其余时候都默认为false
LinkedHashMap get方法
public V get(Object key) {
Node<K,V> e;
if ((e = getNode(hash(key), key)) == null)
return null;
if (accessOrder)//安装访问顺序而不是插入的顺序，此时会发生结构改变
afterNodeAccess(e);
return e.value;
}
ConcurrentHashMap
多线程安全的，底层数据与HashMap数据结构相同。
ConcurrentHashMap在底层将key-value当成一个整体处理，也就是一个entry
// 表的最大容量
private static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;
// 默认表的大小
private static final int DEFAULT_CAPACITY = 16;
// 最大数组大小
static final int MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8;
// 默认并发数
private static final int DEFAULT_CONCURRENCY_LEVEL = 16;
// 装载因子
private static final float LOAD_FACTOR = 0.75f;
// 转化为红黑树的阈值
static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8;
// 由红黑树转化为链表的阈值
static final int UNTREEIFY_THRESHOLD = 6;
// 转化为红黑树的表的最小容量
static final int MIN_TREEIFY_CAPACITY = 64;
// 每次进行转移的最小值
private static final int MIN_TRANSFER_STRIDE = 16;
// 生成sizeCtl所使用的bit位数
private static int RESIZE_STAMP_BITS = 16;
// 进行扩容所允许的最大线程数
private static final int MAX_RESIZERS = (1 << (32 - RESIZE_STAMP_BITS)) - 1;
// 记录sizeCtl中的大小所需要进行的偏移位数
private static final int RESIZE_STAMP_SHIFT = 32 - RESIZE_STAMP_BITS;
// 一系列的标识
static final int MOVED = -1; // hash for forwarding nodes
static final int TREEBIN = -2; // hash for roots of trees
static final int RESERVED = -3; // hash for transient reservations
static final int HASH_BITS = 0x7fffffff; // usable bits of normal node hash
ConcurrentHashMap put方法
public V put(K key, V value) {
return putVal(key, value, false);
}
final V putVal(K key, V value, boolean onlyIfAbsent) {
if (key == null || value == null) throw new NullPointerException(); // 键或值为空，抛出异常
// 键的hash值经过计算获得hash值
int hash = spread(key.hashCode());
int binCount = 0;
for (Node<K,V>[] tab = table;;) { // 无限循环
Node<K,V> f; int n, i, fh;
if (tab == null || (n = tab.length) == 0) // 表为空或者表的长度为0
// 初始化表
tab = initTable();
else if ((f = tabAt(tab, i = (n - 1) & hash)) == null) { // 表不为空并且表的长度大于0，并且该桶不为空
if (casTabAt(tab, i, null,
new Node<K,V>(hash, key, value, null))) // 比较并且交换值，如tab的第i项为空则用新生成的node替换
break; // no lock when adding to empty bin
}
else if ((fh = f.hash) == MOVED) // 该结点的hash值为MOVED
// 进行结点的转移（在扩容的过程中）
tab = helpTransfer(tab, f);
else {
V oldVal = null;
synchronized (f) { // 加锁同步
if (tabAt(tab, i) == f) { // 找到table表下标为i的节点
if (fh >= 0) { // 该table表中该结点的hash值大于0
// binCount赋值为1
binCount = 1;
for (Node<K,V> e = f;; ++binCount) { // 无限循环
K ek;
if (e.hash == hash &&
((ek = e.key) == key ||
(ek != null && key.equals(ek)))) { // 结点的hash值相等并且key也相等
// 保存该结点的val值
oldVal = e.val;
if (!onlyIfAbsent) // 进行判断
// 将指定的value保存至结点，即进行了结点值的更新
e.val = value;
break;
}
// 保存当前结点
Node<K,V> pred = e;
if ((e = e.next) == null) { // 当前结点的下一个结点为空，即为最后一个结点
// 新生一个结点并且赋值给next域
pred.next = new Node<K,V>(hash, key,
value, null);
// 退出循环
break;
}
}
}
else if (f instanceof TreeBin) { // 结点为红黑树结点类型
Node<K,V> p;
// binCount赋值为2
binCount = 2;
if ((p = ((TreeBin<K,V>)f).putTreeVal(hash, key,
value)) != null) { // 将hash、key、value放入红黑树
// 保存结点的val
oldVal = p.val;
if (!onlyIfAbsent) // 判断
// 赋值结点value值
p.val = value;
}
}
}
}
if (binCount != 0) { // binCount不为0
if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD) // 如果binCount大于等于转化为红黑树的阈值
// 进行转化
treeifyBin(tab, i);
if (oldVal != null) // 旧值不为空
// 返回旧值
return oldVal;
break;
}
}
}
// 增加binCount的数量
addCount(1L, binCount);
return null;
}
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