Java java.util.HashMap實現原理原始碼分析

一、HashMap原始碼概覽

I.  可以結合JDK原始碼包瞭解java.util.HashMap實現原理

II.  繼承抽象類java.util.AbstractMap，實現了三個介面，分別是：java.util.Map、java.lang.Cloneble、 java.io.Serializable 

III. 主要的成員變數

VI.構造方法

i. 預設總共有四個建構函式，歸根到底可以總結只有一個構造，下面將逐一介紹

ii. 構造一：HashMap(int initialCapacity,float loadFactor)，原始碼以及分析如下：

    /**
     * 通過給定的容量值和載入因子來構造一個空的 <tt>HashMap</tt>
     * 但是指定的這兩個引數值的範圍是有要求的，具體看下面程式碼段的分析
     *
     * @param  initialCapacity 給定的初始化容量
     * @param  loadFactor      給定的負載因子
     * @throws IllegalArgumentException 如果給定的初始化的容量是負數或者給定的負載因子不是正數
     *         
     */
    public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {
    	// 如果給定的初始化容量引數是負數，則會丟擲引數不合法的具體異常資訊
        if (initialCapacity < 0)
            throw new IllegalArgumentException("Illegal initial capacity: " +
                                               initialCapacity);
       
        /*
         * 如果給定的初始化容量大於預設的最大容量值（MAXIMUM_CAPACITY常量見上表格III的編號2變數），
         * 則實際容量給預設的最大容量值
         */
        if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY)
            initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY;
        
        // 如果負載因子不是正數，則會丟擲引數不合法的具體異常資訊
        if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor))
            throw new IllegalArgumentException("Illegal load factor: " +
                                               loadFactor);

		/*
		 * 計算實際容量 
		 * 1.容量值大小要求是2的冪次方.
		 * 2.所以要找一個數字是2的冪次方，且大於等於給定的容量值，則實際的容量可能會跟你設定的容量值不一樣
		 * 3.理解：則譬如你給定的容量值是14，則實際容量值是 2⁴=16， 如果你給定的容量值是16, 則實際容量值也是 2⁴=16
		 * */
        
        int capacity = 1;
        while (capacity < initialCapacity)
            capacity <<= 1;


        this.loadFactor = loadFactor;
        
		/*
		 * 1.準備擴容的臨界閥值計算：實際的容量與負載因子的乘積. 
		 * 2.理解：譬如你設定實際容量是16，負載因子是0.75，則當HashMap的使用量大小達到16*0.75=12時，
		 *        則需要呼叫resize()方法進行擴容，擴容的詳細過程見下面解釋
		 */  
        threshold = (int)(capacity * loadFactor);
        
        // 初始化Map Entry元素陣列
        table = new Entry[capacity];
        init();
    }

iii.構造二：HashMap(int initialCapacity)，原始碼以及分析如下：

    /**
     * 通過給定的容量值和預設的負載因子（0.75）來構造一個空的 <tt>HashMap</tt>
     *
     * @param  initialCapacity 給定的初始容量值
     * @throws IllegalArgumentException 如果給定的初始化的容量是負數
     */
    public HashMap(int initialCapacity) {
    	/*
    	 * 可以看出這個建構函式只是指定了初始的容量值，
    	 * 其實呼叫的是構造一HashMap(int initialCapacity,float loadFactor)這個建構函式，
    	 * 只是負載因子用了預設的0.75（預設的負載因子常量DEFAULT_LOAD_FACTOR）
    	 */
        this(initialCapacity, DEFAULT_LOAD_FACTOR);
    }

vi. 構造三：HashMap()，原始碼以及分析如下：

    /**
     * 通過預設的初始化容量值（16）以及預設的負載因子（0.75）來構造一個空的 <tt>HashMap</tt>
     */
    public HashMap() {
    	// 預設的負載因子常量
        this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR;
        // 通過預設的初始容量以及預設的負載因子來計算出預設的負載閥值（16 * 0.75 = 12）
        threshold = (int)(DEFAULT_INITIAL_CAPACITY * DEFAULT_LOAD_FACTOR);
        // 預設的初始容量值
        table = new Entry[DEFAULT_INITIAL_CAPACITY];
        init();
    }

v. 構造四：HashMap(Map<? extends K, ?extends V> m)，原始碼以及分析如下：

    /**
     * 
     * 在給定的Map m基礎上來構造一個新的<tt>HashMap</tt>，其中給定的Map m的對映資料會被拷貝到新的HashMap中。
     * 新構造的HashMap負載因子使用的是預設的0.75，並且其容量值會根據給定的Map m的大小來重新計算容量，
     * 保證新的HashMap容量充足，具體的計算方法參考下面註釋
     *
     * @param   m 給定的基礎Map，資料會被對映到新的HashMap上
     * @throws  NullPointerException 如果給定的Map是null，則會丟擲空指標異常
     */
    public HashMap(Map<? extends K, ? extends V> m) {
    	/*
    	 *1.可以看出對HashMap的初始化構造還是呼叫上面的構造一HashMap(int initialCapacity,float loadFactor)
    	 *這個建構函式，從而對新建的HashMap進行初始化. 
    	 *2.首先是根據指定的Map m的大小來重新計算容量，可以看出新建立的的HashMap的容量大小是取
    	 *	max(m的大小/預設的負載因子(0.75)的商, 預設的初始容量16) 的值作為初始化容量
    	 *3.負載因子使用是預設的0.75
    	 *
    	 */
        this(Math.max((int) (m.size() / DEFAULT_LOAD_FACTOR) + 1,
                      DEFAULT_INITIAL_CAPACITY), DEFAULT_LOAD_FACTOR);
        //將給定的Map m的資料拷貝到新建立的HashMap中
        putAllForCreate(m);
    }

二、 HashMap實現具體原理分析

   I. 內部儲存如圖：

II. 根據原始碼以及上圖可以分析下述結論

  i. HashMap 內部是以可擴容的陣列（Entry[] table）形式來存數資料，每個陣列元素是Entry的資料結構為單元的連結串列

        ii. 每個Entry 都要具備基本四個屬性：hash值，key值，value值，其在陣列中下標位置index，如圖

   iii. put<K, V>的流程，即新增<K, V>時，HashMap內部的工作流程圖如下：