Java中的HashMap原理
- 一、HashMap概述
- 二、HashMap中的源码属性
- 三、HashMap中对Node的定义
- 四、HashMap中添加元素的实现
一、HashMap概述
（1）HashMap在Java中是一个类。它是通过键值对结构来存取数据的。底层是通过数组+链表/红黑树实现的。
（2） HashMap的特点是 “无序”、 “键唯一“。
（3）注意：HashMap中的key和value都允许为null。
二、HashMap中的源码属性
（1）HashMap继承自AbstractMap这个抽象类，实现了Map、Cloneable、Serializable接口。
/**
（1）类的定义
*/
public class HashMap<K,V> extends AbstractMap<K,V>
implements Map<K,V>, Cloneable, Serializable {
........
}（2）默认初始容量为2的4次幂（16），并且HashMap的容量必须为2的n次方。当在第一次添加元素时，会默认生成一个长度为16的数组。
（3）HashMap的最大容量为2的30次方。
（4）当构造函数中未指定时使用的负载因子默认为0.75f。当数组元素超过容量的0.75时HashMap就会自动扩容。
（5）在 jdk1.8中当链表的长度必须大于等于2小于等于8。当超过8时就会转换成树的结构。（红黑树）。当树中元素小于6时，就会自动回退成链表的结构。
（6）树化的表的最小容量为64。如果树中的结点过多的话，则会调整表的容量，然后重新计算，重新存储在不同的位置上。
*最少为 4 * TREEIFY_THRESHOLD
//（2）初始容量
static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; // aka 16
//（3） 最大容量
static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;
//（4）默认负载因子
static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;
//（5）链表与树之间转换的阈值
static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8;//链表树化
static final int UNTREEIFY_THRESHOLD = 6;//树链表化
//（6）
static final int MIN_TREEIFY_CAPACITY = 64;//树化的表的最小容量三、HashMap中对Node的定义
HashMap 中对静态内部类Node的定义。其中包括属性 hash,key,value,以及引用next。
/**
* Basic hash bin node, used for most entries. (See below for
* TreeNode subclass, and in LinkedHashMap for its Entry subclass.)
*/
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; }
public final int hashCode() {
return Objects.hashCode(key) ^ Objects.hashCode(value);
}
public final V setValue(V newValue) {
//更改元素的值，将旧的value覆盖掉并且返回
V oldValue = value;
value = newValue;
return oldValue;
}
public final boolean equals(Object o) {
//判断两个结点是否相同
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;
}
}定义hash函数,计算key的hash值，来确定存储的索引。
static final int hash(Object key) {
int h;
return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
}四、HashMap中添加元素的实现
我们在添加元素时会调用HashMap的put这个api，来完成元素的添加。
基本原理：
（1） 根据hash函数得到索引值，如果这个位置没有元素就直接插。
（2）如果有元素的话就要判断这个对象的hashcode与已有对象的hashcode是否相等？（注意：不同key的hashcode可能相同哦！）
（3）如果不相等，则直接在链表的末尾创建一个结点，将要存储的对象插入进去就行。
（4）但如果hashcode值相等，则要通过equals()方法来判断key是否相等，若不相等则直接插入；否则：hashcode值和key都相等，则说明这个对象已经存在，由于hashMap的key的唯一性，则会覆盖掉这个已存在对象的旧的值，完成put操作。
底层源码如下：
（1）添加的的put方法，去调用putVal()方法来实现元素的真正的添加。
/**
* （1）添加的的put方法，去调用putVal方法来实现元素的真正的添加。
*/
public V put(K key, V value) {
return putVal(hash(key), key, value, false, true);
}（2）将元素添加进去的代码。其中hash是通过key计算出的hash值onlyIfAbsent如果为true, 则不改变已经存在的值evict如果是false, 则表处于创建模式。
/**
*（2）将元素添加进去的代码。
其中hash是通过key计算出的hash值
onlyIfAbsent如果为true, 则不改变已经存在的值
evict如果是false, 则表处于创建模式
*/
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;
}（3）resize()方法：来重新确定table的容量（初始化或加倍大小），并将重新变化后的table返回。扩容之后计算新的索引的高位，如果是0则索引位置不变；如果是1，则新索引的位置=原来索引的位置+原来数组的长度。
*① 如果为空，则分配在阈值范围内符合初始容量的值。
*②否则，在新表中容量为 2 次方。
final Node<K,V>[] resize() {
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);
}
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"})
Node<K,V>[] newTab = (Node<K,V>[])new Node[newCap];
table = newTab;
if (oldTab != null) {
for (int j = 0; j < oldCap; ++j) {
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 TreeNode)
((TreeNode<K,V>)e).split(this, newTab, j, oldCap);
else { // preserve order
Node<K,V> loHead = null, loTail = null;
Node<K,V> hiHead = null, hiTail = null;
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;
}关于HashMap的一些api的简单使用，在JCF框架处有简单的示例，如果有需要可以去了解一下。
以上就是我对HashMap的简单认识，有问题感谢大家指出，共同学习，共同进步！！！
