HashMap源码解读

1. HashMap概述

HashMap是基于哈希表的Map接口实现，允许空键和空值。它继承自AbstractMap，实现了Map、Cloneable和Serializable接口。

2. 底层数据结构

在JDK 1.8中，HashMap的底层数据结构由数组 + 链表 + 红黑树构成：

• 数组：存储哈希表的节点（Node）。

• 链表：解决哈希冲突，当多个键的哈希值相同或相近时，它们会被存储在同一个数组槽位的链表中。

• 红黑树：当链表长度超过一定阈值（默认为8）时，链表会被转换为红黑树，以提高操作效率。

3. 构造函数

HashMap提供了多个构造函数，最基础的构造函数如下：

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);
}

• initialCapacity：初始容量，决定了哈希表的初始大小。

• loadFactor：加载因子，用于控制哈希表的扩容。

4. 关键方法解析

4.1 put()方法

put()方法用于将键值对插入到哈希表中：

1. 计算哈希值：通过hash()方法计算键的哈希值。

2. 定位数组槽位：通过(n - 1) & hash计算键在数组中的位置。

3. 处理冲突：如果槽位已有数据，通过链表或红黑树解决冲突。

4. 扩容：如果哈希表中的元素数量超过阈值，会触发resize()方法进行扩容。

4.2 get()方法

get()方法用于根据键获取值：

1. 计算哈希值：通过hash()方法计算键的哈希值。

2. 定位数组槽位：通过(n - 1) & hash找到键所在的数组槽位。

3. 查找键值对：在链表或红黑树中查找键对应的值。

4.3 resize()方法

resize()方法用于扩容哈希表：

1. 创建新数组：创建一个容量为原数组两倍的新数组。

2. 迁移数据：将原数组中的数据迁移到新数组中。

3. 更新阈值：更新扩容阈值为新数组容量与加载因子的乘积。

5. 哈希冲突处理

HashMap通过以下方式处理哈希冲突：

• 链表：当多个键的哈希值相同或相近时，它们会被存储在同一个数组槽位的链表中。

• 红黑树：当链表长度超过8时，链表会被转换为红黑树，以提高操作效率。

6. 性能优化

HashMap通过以下方式优化性能：

• 负载因子：通过设置合适的负载因子，控制哈希表的扩容时机，避免过度扩容。

• 即时编译（JIT）：JVM的即时编译器会优化HashMap的热点代码，提高执行效率。

7. 线程安全性

HashMap是非线程安全的，多个线程同时操作HashMap可能会导致数据不一致。如果需要线程安全的哈希表，可以使用ConcurrentHashMap。

8. 总结

• 底层数据结构：数组 + 链表 + 红黑树。

• 关键方法：put()、get()、resize()。

• 哈希冲突处理：链表和红黑树。

• 性能优化：负载因子和即时编译。

• 线程安全性：非线程安全，推荐使用ConcurrentHashMap。