几天前，一个正在疯狂码代码的午后，钉钉上一个小伙伴问我：“你知道HashMap是在什么时候做bucket的初始化的么？”，我一边关注着手头的代码，一般含糊了一句：“new HashMap()的时候”，这个时候我想了想貌似不对，返回去看了看源码，发现并不是的。接下来就从几个方面分析分析JDK中HashMap的具体实现。
前言
在分析HashMap之前，先简单的提几个问题，以供大家思考：
- HashMap的bucket在什么时候初始化？
- HashMap采用哪种方式处理冲突？
- HashMap在什么时候扩容？
- HashMap的默认大小和loadFactor是多少？
- JDK 7和JDK 8在HashMap的实现上有什么区别？
如果各位老司机们有对这些问题持有疑问的，那可以带着这些问题来看后文的相关内容。接下来就分别分析JDK 7和JDK 8中HashMap的具体实现。
HashMap实现分析
数据结构
JDK中的HashMap采取开链法来处理冲突，所以：
在JDK 7 中，HashMap的数据结构是数组+链表；
在JDK 8 中，HashMap的数据结构由数组+链表变为数组+（链表或者rbtree）
JDK 7中的HashMap
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构造方法
JDK 7 的构造方法
从构造方法中可以看出几个重要参数：capacity，loadFactor，threshold- capacity：容量，bucket数组长度，默认长度为16；
- loadFactor：装载因子，默认值为0.75，它决定了bucket填充程度；
- threshold：等于capacity * loadFactory，决定了HashMap能够放进去的数据量。
当然，bucket的初始化并没有在这里完成，具体的初始化其实是在第一次调用put的
inflateTable方法里完成的。接下来我们来具体看看put方法的具体实现。 -
put方法的实现
put方法实现
put方法的具体流程如下：- 如果bucket数组为空，调用inflateTable方法完成初始化；
- 判断待插入key是否为null：
- key == null成立，调用putForNullKey方法完成数据插入，由此可以看出，HashMap的key是可以为null的；
- key == null不成立，跳转到步骤3；
- 计算带插入key的hashCode；
- 根据hashCode按位与计算出所在bucket数组中的位置i；
- 遍历挂在bucket中位置i下的Entry链表，如果当前key已存在，更新它所对应的oldValue为value，并返回oldValue，否则，跳转到步骤6；
- 将key-value插入对应bucket中位置i下的Entry链表中，返回null。
从put方法的流程中可以看到这样几个比较重要操作：inflateTable、hash和addEntry，接下来就详细分析它们的具体实现。
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inflateTable完成bucket初始化
inflateTable实现 -
hash
hash实现
从上图源码可以看出：- hash方法为了让每一位都参与位运算，让相近的数最后通过hash能分散开并减少碰撞，采用了多次位移和异或，当然多一次与key的hashCode异或，也是为了尽量减少碰撞；
- hashSeed也是一个非常重要的角色，可以把它看成一个开关，如果开关打开，并且key的类型是String时可以采取
sun.misc.Hashing.stringHash32方法获取其hash值。
需要注意的是，hashSeed的默认值是0，hashSeed会在capacity发生变化的时候调用
initHashSeedAsNeeded方法重新计算，具体代码如下：
initHashSeedNeeded实现
从上图代码可以看到，hashSeed的计算流程涉及到一个设定值Holder.ALTERNATIVE_HASHING_THRESHOLD，该设定值是通过JVM的参数jdk.map.althashing.threshold来设置的。注：
在JDK 8 中，hashSeed已经被移除掉了，移除掉的原因是调用sun.misc.Hashing.randomHashSeed计算hashSeed时会调用方法java.util.Random.nextInt()，该方法使用AtomicLong，在多线程情况下会有性能问题。 -
addEntry完成key-value插入
addEntry实现
从上图代码中可以看出，当size >= bucket的数据填充量threshold，需要扩容（resize），将HashMap的容量扩充为原来容量的两倍，接下来我们就来看看HashMap是如何做扩容的。 -
resize实现
resize实现
从代码不难看出，resize分为两大步骤：- 扩容；
- 将扩容前的所有数据transfer到扩容后的新的地址，在transfer数据中需要注意的是，如果hashSeed有变化，需要重新计算原有key的hash值。
到这里JDK 7的重要实现差不多分析完了，接下来我们再来看看JDK 8中相关实现。
JDK 8中的HashMap
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构造方法
构造方法实现
JDK 8跟JDK 7一样，都不会在new HashMap()的时候初始化bucket，而是在第一次进行put操作的时候调用resize方法完成。当然，JDK 8对于HashMap的threshold计算同JDK 7是不一样的，从上图代码标红的位置可以看出，如果你通过带参数构造方法初始化HashMap时，会调用tableSizeFor方法计算出一个比initialCapacity大的第一个2的n次幂的值存入threshold。tableSizeFor的具体实现如下：
tableSizeFor实现 -
hash
JDK 8 中在进行get和put操作时，会先根据key的hashCode进行再散列，再进行bucket对应节点位置计算，接下来我们来做个简单的运算：
hash及下标计算
从这个小例子可以看出：h >>> 16，高16位补0，由于任意数跟0异或不变，所以hash的作用就是高16位不变，低16位和高16位做异或运算，来达到减少碰撞的目的。hash方法的具体实现如下：
hash方法实现
当然，为了提高碰撞下的性能，JDK 8引入了rbtree来代替链表，将原有链表部分查询的时间复杂度o(n)提升为o(logn)，接下来我们就来看看JDK 8中的put方法的具体实现。
注：具体的红黑树实现将会在后续文章中给出，在本文不做详细分析。
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put方法的实现
put方法实现
从put的实现可以看出，put方法的所有操作都在putVal方法中实现，接下来我们来看看putVal的具体实现。 -
putVal实现
putVal实现
从上图的代码可以看出，putVal具体流程如下：- 如果当前bucket为空时，调用resize方法进行初始化；
- 根据key的hash值计算出所在bucket节点位置；
- 如果没有发生冲突，调用newNode方法封装key-value键值对，并将其挂到 bucket对应位置下，否则，跳转到步骤4；
- 如果发生冲突：
- 如果该key已存在，更新原有oldValue为新的value，并返回oldValue;
- 如果key所在的节点为treeNode，调用rbtree的putTreeVal方法将改节点挂到rbtree上；
- 如果插入节点后，当前bucket节点下链表长度超过8，需要将原有的数据结构链表变为rbtree；
- 数据put完成之后，如果当前长度 > threshold，调用resize方法扩容。
到这里put方法的主要流程就结束了，接下来我们来看看JDK 8是如何来对HashMap扩容的。
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resize实现
resize前半部分实现
resize的前半部分主要完成了新的capacity和threshold的计算。从代码实现可以看出，每一次扩容，newCapacity和newThreshold均是扩容前值的两倍，为什么如此设计呢？还是照样举个例子来说明这样子设计的原因：
resize后index计算
从小例子可以看出，resize后，key所在bucket的节点位置保持不变。首先，table.length也就是capacity肯定是2的n次方，根据所在bucket节点下标计算公式：index = hash & (table.length - 1)，其实在进行&运算的时候，只是多了一个最高位1，那么新位置要么保持原位置不变，要么在原位置 + oldCapacity，这个设计的巧妙就在于节省了一部分重新计算hash的时间，而且hash值高位出现0和1的概率均等，在resize的过程又将节点平均分配到两个bucket节点。resize的后半部分对数据做了transfer，具体实现如下：
resize后半部分实现
总结
到这里为止HashMap的相关实现分析就结束了，不难看出，JDK 8 比起JDK 7比较大的优化在：
- 引入rbtree，在bucket节点下链表长度 > 8时将链表编程rbtree；
- 优化hash和resize，减少resize带来的hash性能消耗。
