HashMap 简介

HashMap 主要用来存放键值对，它基于哈希表的Map接口实现，是常用的Java集合之一。

JDK1.8 之前 HashMap 由 数组+链表 组成的，数组是 HashMap 的主体，链表则是主要为了解决哈希冲突而存在的（“拉链法”解决冲突）.JDK1.8 以后在解决哈希冲突时有了较大的变化，当链表长度大于阈值（默认为 8）时，将链表转化为红黑树，以减少搜索时间。

底层数据结构分析

JDK1.8之前

JDK1.8 之前 HashMap 底层是 数组和链表 结合在一起使用也就是 链表散列。HashMap 通过 key 的 hashCode 经过扰动函数处理过后得到 hash 值，然后通过 (n - 1) & hash 判断当前元素存放的位置（这里的 n 指的是数组的长度），如果当前位置存在元素的话，就判断该元素与要存入的元素的 hash 值以及 key 是否相同，如果相同的话，直接覆盖，不相同就通过拉链法解决冲突。

所谓扰动函数指的就是 HashMap 的 hash 方法。使用 hash 方法也就是扰动函数是为了防止一些实现比较差的 hashCode() 方法 换句话说使用扰动函数之后可以减少碰撞。

JDK 1.8 HashMap 的 hash 方法源码:

JDK 1.8 的 hash方法 相比于 JDK 1.7 hash 方法更加简化，但是原理不变。

staticfinalinthash(Objectkey) {inth;//key.hashCode()：返回散列值也就是hashcode//^ ：按位异或//>>>:无符号右移，忽略符号位，空位都以0补齐return(key==null)?0:(h=key.hashCode())^(h>>>16);  }

对比一下 JDK1.7的 HashMap 的 hash 方法源码.

staticinthash(inth) {//This function ensures that hashCodes that differ only by//constant multiples at each bit position have a bounded//number of collisions (approximately 8 at default load factor).h^=(h>>>20)^(h>>>12);returnh^(h>>>7)^(h>>>4);}

相比于 JDK1.8 的 hash 方法 ，JDK 1.7 的 hash 方法的性能会稍差一点点，因为毕竟扰动了 4 次。

所谓 “拉链法” 就是：将链表和数组相结合。也就是说创建一个链表数组，数组中每一格就是一个链表。若遇到哈希冲突，则将冲突的值加到链表中即可。

JDK1.8之后

相比于之前的版本，jdk1.8在解决哈希冲突时有了较大的变化，当链表长度大于阈值（默认为8）时，将链表转化为红黑树，以减少搜索时间。

类的属性：

publicclassHashMapextendsAbstractMapimplementsMap,Cloneable,Serializable{//序列号privatestaticfinallongserialVersionUID=362498820763181265L;//默认的初始容量是16staticfinalintDEFAULT_INITIAL_CAPACITY=1<<4;//最大容量staticfinalintMAXIMUM_CAPACITY=1<<30;//默认的填充因子staticfinalfloatDEFAULT_LOAD_FACTOR=0.75f;//当桶(bucket)上的结点数大于这个值时会转成红黑树staticfinalintTREEIFY_THRESHOLD=8;//当桶(bucket)上的结点数小于这个值时树转链表staticfinalintUNTREEIFY_THRESHOLD=6;//桶中结构转化为红黑树对应的table的最小大小staticfinalintMIN_TREEIFY_CAPACITY=64;//存储元素的数组，总是2的幂次倍transientNode<k,v>[] table;//存放具体元素的集transientSet<map.entry<k,v>>entrySet;//存放元素的个数，注意这个不等于数组的长度。transientintsize;//每次扩容和更改map结构的计数器transientintmodCount;//临界值 当实际大小(容量*填充因子)超过临界值时，会进行扩容intthreshold;//填充因子finalfloatloadFactor;}

loadFactor加载因子

loadFactor加载因子是控制数组存放数据的疏密程度，loadFactor越趋近于1，那么 数组中存放的数据(entry)也就越多，也就越密，也就是会让链表的长度增加，load Factor越小，也就是趋近于0，

loadFactor太大导致查找元素效率低，太小导致数组的利用率低，存放的数据会很分散。loadFactor的默认值为0.75f是官方给出的一个比较好的临界值。

threshold

threshold = capacity * loadFactor，当Size>=threshold的时候，那么就要考虑对数组的扩增了，也就是说，这个的意思就是 衡量数组是否需要扩增的一个标准。

Node节点类源码:

//继承自 Map.EntrystaticclassNodeimplementsMap.Entry{finalinthash;//哈希值，存放元素到hashmap中时用来与其他元素hash值比较finalKkey;//键Vvalue;//值//指向下一个节点Nodenext;Node(inthash,Kkey,Vvalue,Nodenext) {this.hash=hash;this.key=key;this.value=value;this.next=next;        }publicfinalKgetKey()        {returnkey; }publicfinalVgetValue()      {returnvalue; }publicfinalStringtoString() {returnkey+"="+value; }//重写hashCode()方法publicfinalinthashCode() {returnObjects.hashCode(key)^Objects.hashCode(value);        }publicfinalVsetValue(VnewValue) {VoldValue=value;            value=newValue;returnoldValue;        }//重写 equals() 方法publicfinalbooleanequals(Objecto) {if(o==this)returntrue;if(oinstanceofMap.Entry) {Map.Entry<?,?>e=(Map.Entry<?,?>)o;if(Objects.equals(key, e.getKey())&&Objects.equals(value, e.getValue()))returntrue;            }returnfalse;        }}

树节点类源码:

staticfinalclassTreeNodeextendsLinkedHashMap.Entry{TreeNodeparent;//父TreeNodeleft;//左TreeNoderight;//右TreeNodeprev;//needed to unlink next upon deletionbooleanred;//判断颜色TreeNode(inthash,Kkey,Vval,Nodenext) {super(hash, key, val, next);        }//返回根节点finalTreeNoderoot() {for(TreeNoder=this, p;;) {if((p=r.parent)==null)returnr;                r=p;      }

HashMap源码分析

构造方法

//默认构造函数。publicMore...HashMap() {this.loadFactor=DEFAULT_LOAD_FACTOR;//all  other fields defaulted}//包含另一个“Map”的构造函数publicMore...HashMap(Mapm) {this.loadFactor=DEFAULT_LOAD_FACTOR;        putMapEntries(m,false);//下面会分析到这个方法}//指定“容量大小”的构造函数publicMore...HashMap(intinitialCapacity) {this(initialCapacity,DEFAULT_LOAD_FACTOR);    }//指定“容量大小”和“加载因子”的构造函数publicMore...HashMap(intinitialCapacity,floatloadFactor) {if(initialCapacity<0)thrownewIllegalArgumentException("Illegal initial capacity:"+initialCapacity);if(initialCapacity>MAXIMUM_CAPACITY)            initialCapacity=MAXIMUM_CAPACITY;if(loadFactor<=0||Float.isNaN(loadFactor))thrownewIllegalArgumentException("Illegal load factor:"+loadFactor);this.loadFactor=loadFactor;this.threshold=tableSizeFor(initialCapacity);    }

putMapEntries方法：

finalvoidputMapEntries(Mapm,booleanevict) {ints=m.size();if(s>0) {//判断table是否已经初始化if(table==null) {//pre-size//未初始化，s为m的实际元素个数floatft=((float)s/loadFactor)+1.0F;intt=((ft<(float)MAXIMUM_CAPACITY)?(int)ft:MAXIMUM_CAPACITY);//计算得到的t大于阈值，则初始化阈值if(t>threshold)                threshold=tableSizeFor(t);        }//已初始化，并且m元素个数大于阈值，进行扩容处理elseif(s>threshold)            resize();//将m中的所有元素添加至HashMap中for(Map.Entrye:m.entrySet()) {Kkey=e.getKey();Vvalue=e.getValue();            putVal(hash(key), key, value,false, evict);        }    }}

put方法

HashMap只提供了put用于添加元素，putVal方法只是给put方法调用的一个方法，并没有提供给用户使用。

对putVal方法添加元素的分析如下：

①如果定位到的数组位置没有元素 就直接插入。

②如果定位到的数组位置有元素就和要插入的key比较，如果key相同就直接覆盖，如果key不相同，就判断p是否是一个树节点，如果是就调用e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value)将元素添加进入。如果不是就遍历链表插入。

publicVput(Kkey,Vvalue) {returnputVal(hash(key), key, value,false,true);}finalVputVal(inthash,Kkey,Vvalue,booleanonlyIfAbsent,booleanevict) {Node[] tab;Nodep;intn, i;//table未初始化或者长度为0，进行扩容if((tab=table)==null||(n=tab.length)==0)        n=(tab=resize()).length;//(n - 1) & hash 确定元素存放在哪个桶中，桶为空，新生成结点放入桶中(此时，这个结点是放在数组中)if((p=tab[i=(n-1)&hash])==null)        tab[i]=newNode(hash, key, value,null);//桶中已经存在元素else{Nodee;Kk;//比较桶中第一个元素(数组中的结点)的hash值相等，key相等if(p.hash==hash&&((k=p.key)==key||(key!=null&&key.equals(k))))//将第一个元素赋值给e，用e来记录e=p;//hash值不相等，即key不相等；为红黑树结点elseif(pinstanceofTreeNode)//放入树中e=((TreeNode)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);//为链表结点else{//在链表最末插入结点for(intbinCount=0; ;++binCount) {//到达链表的尾部if((e=p.next)==null) {//在尾部插入新结点p.next=newNode(hash, key, value,null);//结点数量达到阈值，转化为红黑树if(binCount>=TREEIFY_THRESHOLD-1)//-1 for 1sttreeifyBin(tab, hash);//跳出循环break;                }//判断链表中结点的key值与插入的元素的key值是否相等if(e.hash==hash&&((k=e.key)==key||(key!=null&&key.equals(k))))//相等，跳出循环break;//用于遍历桶中的链表，与前面的e = p.next组合，可以遍历链表p=e;            }        }//表示在桶中找到key值、hash值与插入元素相等的结点if(e!=null) {//记录e的valueVoldValue=e.value;//onlyIfAbsent为false或者旧值为nullif(!onlyIfAbsent||oldValue==null)//用新值替换旧值e.value=value;//访问后回调afterNodeAccess(e);//返回旧值returnoldValue;        }    }//结构性修改++modCount;//实际大小大于阈值则扩容if(++size>threshold)        resize();//插入后回调afterNodeInsertion(evict);returnnull;}

我们再来对比一下 JDK1.7 put方法的代码

对于put方法的分析如下：

①如果定位到的数组位置没有元素 就直接插入。

②如果定位到的数组位置有元素，遍历以这个元素为头结点的链表，依次和插入的key比较，如果key相同就直接覆盖，不同就采用头插法插入元素。

publicVput(Kkey,Vvalue)if(table==EMPTY_TABLE) {    inflateTable(threshold); }if(key==null)returnputForNullKey(value);inthash=hash(key);inti=indexFor(hash, table.length);for(Entrye=table[i]; e!=null; e=e.next) {//先遍历Objectk;if(e.hash==hash&&((k=e.key)==key||key.equals(k))) {VoldValue=e.value;            e.value=value;            e.recordAccess(this);returnoldValue;        }    }    modCount++;    addEntry(hash, key, value, i);//再插入returnnull;}

get方法

publicVget(Objectkey) {Nodee;return(e=getNode(hash(key), key))==null?null:e.value;}finalNodegetNode(inthash,Objectkey) {Node[] tab;Nodefirst, e;intn;Kk;if((tab=table)!=null&&(n=tab.length)>0&&(first=tab[(n-1)&hash])!=null) {//数组元素相等if(first.hash==hash&&//always check first node((k=first.key)==key||(key!=null&&key.equals(k))))returnfirst;//桶中不止一个节点if((e=first.next)!=null) {//在树中getif(firstinstanceofTreeNode)return((TreeNode)first).getTreeNode(hash, key);//在链表中getdo{if(e.hash==hash&&((k=e.key)==key||(key!=null&&key.equals(k))))returne;            }while((e=e.next)!=null);        }    }returnnull;}

resize方法

进行扩容，会伴随着一次重新hash分配，并且会遍历hash表中所有的元素，是非常耗时的。在编写程序中，要尽量避免resize。

finalNode[] resize() {Node[] oldTab=table;intoldCap=(oldTab==null)?0:oldTab.length;intoldThr=threshold;intnewCap, newThr=0;if(oldCap>0) {//超过最大值就不再扩充了，就只好随你碰撞去吧if(oldCap>=MAXIMUM_CAPACITY) {            threshold=Integer.MAX_VALUE;returnoldTab;        }//没超过最大值，就扩充为原来的2倍elseif((newCap=oldCap<<1)<MAXIMUM_CAPACITY&&oldCap>=DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)            newThr=oldThr<<1;//double threshold}elseif(oldThr>0)//initial capacity was placed in thresholdnewCap=oldThr;else{        signifies using defaults        newCap=DEFAULT_INITIAL_CAPACITY;        newThr=(int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR*DEFAULT_INITIAL_CAPACITY);    }//计算新的resize上限if(newThr==0) {floatft=(float)newCap*loadFactor;        newThr=(newCap<MAXIMUM_CAPACITY&&ft<(float)MAXIMUM_CAPACITY?(int)ft:Integer.MAX_VALUE);    }    threshold=newThr;@SuppressWarnings({"rawtypes","unchecked"})Node[] newTab=(Node[])newNode[newCap];    table=newTab;if(oldTab!=null) {//把每个bucket都移动到新的buckets中for(intj=0; j<oldCap;++j) {Nodee;if((e=oldTab[j])!=null) {                oldTab[j]=null;if(e.next==null)                    newTab[e.hash&(newCap-1)]=e;elseif(einstanceofTreeNode)                    ((TreeNode)e).split(this, newTab, j, oldCap);else{NodeloHead=null, loTail=null;NodehiHead=null, hiTail=null;Nodenext;do{                        next=e.next;//原索引if((e.hash&oldCap)==0) {if(loTail==null)                                loHead=e;elseloTail.next=e;                            loTail=e;                        }//原索引+oldCapelse{if(hiTail==null)                                hiHead=e;elsehiTail.next=e;                            hiTail=e;                        }                    }while((e=next)!=null);//原索引放到bucket里if(loTail!=null) {                        loTail.next=null;                        newTab[j]=loHead;                    }//原索引+oldCap放到bucket里if(hiTail!=null) {                        hiTail.next=null;                        newTab[j+oldCap]=hiHead;                    }                }            }        }    }returnnewTab;}

HashMap常用方法测试

packagemap;importjava.util.Collection;importjava.util.HashMap;importjava.util.Set;publicclassHashMapDemo{publicstaticvoidmain(String[]args) {HashMapmap=newHashMap();//键不能重复，值可以重复map.put("san","张三");        map.put("si","李四");        map.put("wu","王五");        map.put("wang","老王");        map.put("wang","老王2");//老王被覆盖map.put("lao","老王");System.out.println("-------直接输出hashmap:-------");System.out.println(map);/**        * 遍历HashMap*///1.获取Map中的所有键System.out.println("-------foreach获取Map中所有的键:------");Setkeys=map.keySet();for(Stringkey:keys) {System.out.print(key+"");        }System.out.println();//换行//2.获取Map中所有值System.out.println("-------foreach获取Map中所有的值:------");Collectionvalues=map.values();for(Stringvalue:values) {System.out.print(value+"");        }System.out.println();//换行//3.得到key的值的同时得到key所对应的值System.out.println("-------得到key的值的同时得到key所对应的值:-------");Setkeys2=map.keySet();for(Stringkey:keys2) {System.out.print(key+"："+map.get(key)+"");        }/**        * 另外一种不常用的遍历方式*///当我调用put(key,value)方法的时候，首先会把key和value封装到//Entry这个静态内部类对象中，把Entry对象再添加到数组中，所以我们想获取//map中的所有键值对，我们只要获取数组中的所有Entry对象，接下来//调用Entry对象中的getKey()和getValue()方法就能获取键值对了Set>entrys=map.entrySet();for(java.util.Map.Entryentry:entrys) {System.out.println(entry.getKey()+"--"+entry.getValue());        }/**        * HashMap其他常用方法*/System.out.println("after map.size()："+map.size());System.out.println("after map.isEmpty()："+map.isEmpty());System.out.println(map.remove("san"));System.out.println("after map.remove()："+map);System.out.println("after map.get(si)："+map.get("si"));System.out.println("after map.containsKey(si)："+map.containsKey("si"));System.out.println("after containsValue(李四)："+map.containsValue("李四"));System.out.println(map.replace("si","李四2"));System.out.println("after map.replace(si, 李四2):"+map);    }}