HashMap是基于Map的鍵值對(duì)映射表，底層是通過(guò)數(shù)組、鏈表、紅黑樹(shù)（JDK1.8加入）來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

HashMap結(jié)構(gòu)

HashMap中存儲(chǔ)元素，是將key和value封裝成了一個(gè)Node，先以一個(gè)Node數(shù)組的來(lái)存儲(chǔ)，通過(guò)key的hashCode來(lái)計(jì)算hash值，根據(jù)hash值和HashMap的大小確定存入元素在數(shù)組中的位置。當(dāng)hashCode相同時(shí)，即產(chǎn)生了相同的數(shù)組索引位置，那么就會(huì)通過(guò)單向鏈表的形式來(lái)繼續(xù)存儲(chǔ)。

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;}// 省略部分代碼... }復(fù)制代碼

HashMap中所有的映射都保存在節(jié)點(diǎn)Node中，同時(shí)為了解決發(fā)生hash碰撞的沖突，節(jié)點(diǎn)可以持有下一個(gè)節(jié)點(diǎn)的引用，以形成一個(gè)單向鏈表。

HashMap結(jié)構(gòu)圖（JDK1.7及之前）

在JDK1.8，HashMap又做了一些改動(dòng)，當(dāng)數(shù)組table某個(gè)索引位置的上鏈表的長(zhǎng)度大于8的話(huà)，則會(huì)將鏈表轉(zhuǎn)化為紅黑樹(shù)。

static final class TreeNode<K,V> extends LinkedHashMap.Entry<K,V> {TreeNode<K,V> parent; // red-black tree linksTreeNode<K,V> left;TreeNode<K,V> right;TreeNode<K,V> prev; // needed to unlink next upon deletionboolean red;TreeNode(int hash, K key, V val, Node<K,V> next) {super(hash, key, val, next);}// 省略部分代碼... }復(fù)制代碼

同樣地，映射的key-value就保存在TreeNode中。parent、left、right持有相應(yīng)節(jié)點(diǎn)的引用形成紅黑樹(shù)。

HashMap結(jié)構(gòu)圖（JDK1.8）

HashMap源碼分析

主要屬性：

transient Node<K,V>[] table; // 數(shù)組 transient int size; // 大小 int threshold // 擴(kuò)容閾值 final float loadFactor; // 加載因子，默認(rèn)值為0.75復(fù)制代碼

構(gòu)造方法：

// 使用默認(rèn)的初始容量和加載因子 public HashMap() {this(DEFAULT_INITIAL_CAPACITY, DEFAULT_LOAD_FACTOR); }// 指定初始容量，使用默認(rèn)的加載因子 public HashMap(int initialCapacity) {this(initialCapacity, DEFAULT_LOAD_FACTOR); }// 用現(xiàn)有的Map來(lái)構(gòu)造一個(gè)新的HashMap public HashMap(Map<? extends K, ? extends V> m) {this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR;putMapEntries(m, false); }// 根據(jù)自定義的初始容量和加載因子來(lái)構(gòu)造HashMap public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {if (initialCapacity < 0)throw new IllegalArgumentException("Illegal initial capacity: " +initialCapacity);if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY) {initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY;} else if (initialCapacity < DEFAULT_INITIAL_CAPACITY) {initialCapacity = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY;}if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor))throw new IllegalArgumentException("Illegal load factor: " +loadFactor);threshold = initialCapacity;init(); }復(fù)制代碼

構(gòu)造函數(shù)主要是設(shè)置HashMap的初始容量，以及擴(kuò)容的加載因子。HashMap(Map<? extends K, ? extends V> m)構(gòu)造函數(shù)根據(jù)已有的映射來(lái)構(gòu)造新的HashMap，它同樣采用的默認(rèn)的加載因子，并將m中的元素添加到新構(gòu)造的HashMap中。

數(shù)據(jù)存放：

public void putAll(Map<? extends K, ? extends V> m) {putMapEntries(m, true); }final void putMapEntries(Map<? extends K, ? extends V> m, boolean evict) {int s = m.size();if (s > 0) {if (table == null) { // pre-sizefloat ft = ((float)s / loadFactor) + 1.0F;int t = ((ft < (float)MAXIMUM_CAPACITY) ?(int)ft : MAXIMUM_CAPACITY);if (t > threshold)threshold = tableSizeFor(t);}else if (s > threshold)resize();for (Map.Entry<? extends K, ? extends V> e : m.entrySet()) {K key = e.getKey();V value = e.getValue();putVal(hash(key), key, value, false, evict);}} }復(fù)制代碼

putAll方法直接調(diào)用putMapEntries。putMapEntries方法中先根據(jù)已有的Map中的元素?cái)?shù)量對(duì)新構(gòu)造的HashMap進(jìn)行擴(kuò)容，然后遍歷舊的Map，取出元素存放到新的HashMap中。

// 存放key-value public V put(K key, V value) {return putVal(hash(key), key, value, false, true); }// 根據(jù)key的hashCode來(lái)計(jì)算hash值 static final int hash(Object key) {int h;return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16); }final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,boolean evict) {Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, i;// table為null的話(huà)，進(jìn)行初始化if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)n = (tab = resize()).length;// 根據(jù)（n-1）&hash來(lái)計(jì)算出元素在數(shù)組中的位置iif ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)// 如果數(shù)組中該位置沒(méi)有元素，即tab[i]==null,則直接構(gòu)建Node存放在該位置tab[i] = newNode(hash, key, value, null);else { // tab[i]不為nullNode<K,V> e; K k;// 如果數(shù)組中已有的節(jié)點(diǎn)tab[i]與需要新存入的元素的key相同，則直接替換掉tab[i]if (p.hash == hash &&((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))e = p;else if (p instanceof TreeNode)// 如果tab[i]為紅黑樹(shù)節(jié)點(diǎn)，則直接存入紅黑樹(shù)e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);else {// tab[i]為鏈表的第一個(gè)節(jié)點(diǎn)，遍歷鏈表，將新的節(jié)點(diǎn)加入到鏈表的末尾for (int binCount = 0; ; ++binCount) {if ((e = p.next) == null) {p.next = newNode(hash, key, value, null);// 如果鏈表的長(zhǎng)度大于閾值，則將鏈表轉(zhuǎn)換為紅黑樹(shù)if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1sttreeifyBin(tab, hash);break;}// 如果鏈表中存在與新加入的元素key相同，則直接替換掉if (e.hash == hash &&((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))break;p = e;}}if (e != null) { // existing mapping for keyV oldValue = e.value;if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)e.value = value;afterNodeAccess(e);return oldValue;}}++modCount;// 添加完成后，檢查是否需要擴(kuò)容if (++size > threshold)resize();afterNodeInsertion(evict);return null; }復(fù)制代碼

put方法的主要邏輯：根據(jù)添加節(jié)點(diǎn)的hash值計(jì)算計(jì)算它在數(shù)組中的位置i，判斷tab[i]是否為空，為空則直接加入；不為空的話(huà)，需要判斷該節(jié)點(diǎn)的key是否與新加入的節(jié)點(diǎn)的key相同，相同的話(huà)直接替換；如果不同則需要判斷tab[i]節(jié)點(diǎn)是否是紅黑樹(shù)節(jié)點(diǎn)，如果是紅黑樹(shù)節(jié)點(diǎn)，則直接加入到紅黑樹(shù)中；如果不是紅黑樹(shù)節(jié)點(diǎn)，那肯定就是鏈表的第一個(gè)節(jié)點(diǎn)了，遍歷鏈表，在遍歷的過(guò)程中還需要判斷是否與鏈表中已有節(jié)點(diǎn)的key相同，如果相同，同樣直接替換掉，都不同的話(huà)就直接添加到鏈表的末尾。并且呢，加入鏈表后還需要判斷鏈表的長(zhǎng)度是否超過(guò)了閾值8，超過(guò)了的話(huà)，需要將鏈表轉(zhuǎn)換為紅黑樹(shù)。

HashMap在添加數(shù)據(jù)的時(shí)候，會(huì)判斷當(dāng)前數(shù)據(jù)量是否超過(guò)設(shè)定的閾值，如果超過(guò)的話(huà)會(huì)進(jìn)行擴(kuò)容，在擴(kuò)容過(guò)程中會(huì)將已添加的數(shù)據(jù)進(jìn)行重新添加，以致原來(lái)添加元素的順序和位置都改變了，所以HashMap不能保證元素的存入取出順序。

刪除數(shù)據(jù)：

// 根據(jù)key刪除數(shù)據(jù) public V remove(Object key) {Node<K,V> e;return (e = removeNode(hash(key), key, null, false, true)) == null ?null : e.value; }// 根據(jù)key-value刪除數(shù)據(jù) @Override public boolean remove(Object key, Object value) {return removeNode(hash(key), key, value, true, true) != null; }// 刪除節(jié)點(diǎn) final Node<K,V> removeNode(int hash, Object key, Object value,boolean matchValue, boolean movable) {Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, index;// 根據(jù)hash值得到數(shù)組索引位置的節(jié)點(diǎn)pif ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 &&(p = tab[index = (n - 1) & hash]) != null) {Node<K,V> node = null, e; K k; V v;// p節(jié)點(diǎn)的key與需要?jiǎng)h除的節(jié)點(diǎn)的key相同的話(huà)，則說(shuō)明p就是需要?jiǎng)h除的節(jié)點(diǎn)if (p.hash == hash &&((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))node = p; // 賦值給nodeelse if ((e = p.next) != null) {if (p instanceof TreeNode)// p節(jié)點(diǎn)為紅黑樹(shù)節(jié)點(diǎn)，從紅黑樹(shù)中獲取匹配的刪除節(jié)點(diǎn)node = ((TreeNode<K,V>)p).getTreeNode(hash, key);else {// p節(jié)點(diǎn)為鏈表的第一個(gè)節(jié)點(diǎn)，遍歷鏈表，找到匹配的刪除節(jié)點(diǎn)do {if (e.hash == hash &&((k = e.key) == key ||(key != null && key.equals(k)))) {node = e;break;}p = e;} while ((e = e.next) != null);}}// 匹配的刪除節(jié)點(diǎn)node不為null的話(huà)，刪除nodeif (node != null && (!matchValue || (v = node.value) == value ||(value != null && value.equals(v)))) {if (node instanceof TreeNode)// 從紅黑樹(shù)中刪除((TreeNode<K,V>)node).removeTreeNode(this, tab, movable);else if (node == p)// 從數(shù)組中刪除tab[index] = node.next;else// 從鏈表中刪除p.next = node.next;++modCount;--size;afterNodeRemoval(node);return node;}}return null; }復(fù)制代碼

remove的邏輯和加入元素的邏輯相似，依次從數(shù)組、紅黑樹(shù)、鏈表中找到匹配的刪除節(jié)點(diǎn)來(lái)刪除。

clear方法：

public void clear() {Node<K,V>[] tab;modCount++;if ((tab = table) != null && size > 0) {size = 0;for (int i = 0; i < tab.length; ++i)tab[i] = null;} }復(fù)制代碼

clear方法要簡(jiǎn)單些，直接遍歷數(shù)組tab，將數(shù)組中所有元素都置空即可。

最后

對(duì)于HashMap，我們只要知道了它的底層結(jié)構(gòu)，要理解它的實(shí)現(xiàn)原理還是非常簡(jiǎn)單。在JDK1.8之后，加入了紅黑樹(shù)的結(jié)構(gòu)，使HashMap的效率比之前的版本又優(yōu)化了很多，關(guān)于鏈表轉(zhuǎn)化為紅黑樹(shù)，以及紅黑樹(shù)轉(zhuǎn)鏈表的具體實(shí)現(xiàn)等細(xì)節(jié)后續(xù)再做分析。

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的Java类集框架 —— HashMap源码分析的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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