这篇文章主要讲解了“Java数据结构之HashMap源码分析”，文中的讲解内容简单清晰，易于学习与理解，下面请大家跟着小编的思路慢慢深入，一起来研究和学习“Java数据结构之HashMap源码分析”吧！
HashMap是Java集合框架中常用的一种数据结构,它是一种基于哈希表实现的映射表.在JDK1.8版本中,HashMap的get方法和put方法的实现与之前版本有些不同,下面我们来逐步分析其源码实现.
基本结构
public class HashMap<K,V> extends AbstractMap<K,V>
implements Map<K,V>, Cloneable, Serializable {
// ...
/**
* 默认初始容量为16
*/
static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; // aka 16
/**
* 默认负载因子为0.75
*/
static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;
/**
* 最大容量:1 << 30(2的30次方)
*/
static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;
/**
* 存放元素的数组,长度总是2的幂次方
*/
transient HashMap.Node<K,V>[] table;
/**
* 存放键值对的数量
*/
transient int size;
/**
* 扩容操作的阈值
*/
int threshold;
/**
* 负载因子,用于计算阈值
*/
final float loadFactor;
// ...
}get方法
/**
* 根据key获取value,如果key不存在则返回null
*
* @param key
* @return
*/
public V get(Object key) {
// 获取key对应的Node节点
HashMap.Node<K, V> e;
// 调用getNode方法查找key对应的Node节点,并将查找结果赋值给e
// 如果e为null就返回null否则返回e节点的value
return (e = getNode(hash(key), key)) == null ? null : e.value;
}
/**
* 根据key的哈希值和key查找对应的Node节点
*
* @param hash
* @param key
* @return
*/
final HashMap.Node<K, V> getNode(int hash, Object key) {
// 定义局部变量tab,first,e,n和k
HashMap.Node<K, V>[] tab;
HashMap.Node<K, V> first, e;
int n;
K k;
// 如果table数据不为null且长度大于0,且第一个Node节点不为空,则开始查找Node节点
if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 &&
(first = tab[(n - 1) & hash]) != null) {
// 如果第一个Node节点的哈希值与传入的hash值相等,且第一个Node节点的key和传入的key相等,则直接返回第一个Node节点
if (first.hash == hash && // always check first node
((k = first.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
return first;
// 如果第一个Node节点不是要查找的Node节点,则开始遍历链表查找对应的Node节点
if ((e = first.next) != null) {
if (first instanceof HashMap.TreeNode)
// 如果第一个Node节点是红黑树节点,则调用红黑树节点的getTreeNode方法查找对应的Node节点
return ((HashMap.TreeNode<K, V>) first).getTreeNode(hash, key);
// 如果第一个Node节点不是红黑树节点,则遍历链表查找对应的Node节点
do {
// 如果遍历到的Node节点的hash值与传入的hash值相等,且Node节点的key和传入的key相等,则返回对应的Node节点
if (e.hash == hash &&
((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
return e;
} while ((e = e.next) != null);
}
}
// 如果在table数组中没有找到对应的Node节点,则返回null
return null;
}get方法工作流程如下:
根据key的hashCode计算出在哈希表中的位置
遍历该位置上的链表或树,查找对应的键值对
如果找到了对应的键值对,则返回对应的value;否则返回null
put方法
/**
* 向HashMap中添加一个key-value键值对
*
* @param key
* @param value
* @return
*/
public V put(K key, V value) {
// 根据key的哈希值和key查找对应的Node节点,并添加到HashMap中
return putVal(hash(key), key, value, false, true);
}
/**
* 根据key的hash值和key添加一个键值对到HashMap中
*
* @param hash
* @param key
* @param value
* @param onlyIfAbsent
* @param evict
* @return
*/
final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,
boolean evict) {
// 定义局部变量tab,p,n和i
HashMap.Node<K, V>[] tab;
HashMap.Node<K, V> p;
int n, i;
// 如果table数组为null或者长度为0,则先调用resize()方法初始化table数组
if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
n = (tab = resize()).length;
// 根据计算出来插入位置i插入新的键值对
if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
// 如果插入的位置为null,则直接插入新的键值对
tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
else {
HashMap.Node<K, V> e;
K k;
// 如果插入的位置不为null,就遍历链表或树查找插入位置
if (p.hash == hash &&
((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
e = p;
else if (p instanceof HashMap.TreeNode)
// 如果插入位置为红黑树节点,则调用putTreeVal方法插入新的键值对
e = ((HashMap.TreeNode<K, V>) p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
else {
// 遍历链表,查找插入位置
for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
if ((e = p.next) == null) {
// 直接在链表末尾插入新的键值对
p.next = newNode(hash, key, value, null);
if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st
// 如果此时链表长度大于等于8,则将链表转化为红黑树
treeifyBin(tab, hash);
break;
}
// 如果找到相同key,终止循环
if (e.hash == hash &&
((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
break;
p = e;
}
}
if (e != null) { // existing mapping for key
// 如果存在相同key,则替换对应value
V oldValue = e.value;
if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
e.value = value;
afterNodeAccess(e);
return oldValue;
}
}
++modCount;
if (++size > threshold)
// 如果插入后的HashMap的大小大于阈值,则调用resize方法扩容HashMap
resize();
afterNodeInsertion(evict);
return null;
}put方法工作流程如下:
根据key的hashCode值计算出在哈希表中的位置
如果该位置为空,则直接插入新的键值对
如果该位置不为空,则遍历该位置上的链表或树,查找是否已经存在对应的键值对
如果找到对应的键值对,则替换对应的value
如果没有找到对应的键值对,则将新的键值对插入到链表末尾
如果链表长度达到阈值(默认为8),则将链表转化为树
如果插入后HashMap的大小超过了阈值(默认容量的0.75),则扩容HashMap
插入完成后,执行一些必要的后续操作,例如更新修改次数等等
总的来说,HashMap的get方法和put方法都是基于哈希算法来实现键值对的查找和插入的,其中put方法需要考虑更多的情况,包括链表转换为树,扩容等等.
HashMap的容量为什么总是2的n次幂
在Java中,HashMap的容量总是2的n次幂的原因是为了提高HashMap的性能.
HashMap内部使用一个数组来存储键值对,当添加一个键值对时,HashMap会根据建的hashCode值计算出它在数组中的索引位置.如果数组长度不是2的n次幂,那么计算索引时就需要进行取模操作,这会影响HashMap的性能.
如果数组长度时2的n次幂,那么计算索引时可以使用位运算(&操作),这比取模操作更快.而且,HashMap的扩容操作也要求长度时2的n次幂,这样在扩容时可以简化计算,提高性能.
另外,长度为2的n次幂的数组大小还有一个优点是,它可以保证数组的不同位置发生哈希冲突的概率比较平均,这可以减少哈希冲突的发生,提高HashMap的效率.