HashMap 的工作原理（Android7.1原始碼）
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簡介
HashMap 是以雜湊表形式實現的Map (Key-Value)
初始化
...
//儲存資料的雜湊表
transient HashMapEntry<K，V>[] table = (HashMapEntry<K，V>[]) EMPTY_TABLE;
...
//實際存在的size個數
transient int size;
...
//table擴充套件的閾值
int threshold;
//HashMap建構函式中並沒有對table分配空間 而是使用EMPTY_TABLE
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);
// Android-Note: We always use the default load factor of 0.75f.
// This might appear wrong but it`s just awkward design. We always call
// inflateTable() when table == EMPTY_TABLE. That method will take "threshold"
// to mean "capacity" and then replace it with the real threshold (i.e， multiplied with
// the load factor).
//註釋的意思是在當table為空(也就是當前，剛建立的HashMap就是一個空列表)時inflateTable中會對table雜湊表進行分配空間
threshold = initialCapacity;
//空實現
init();
}複製程式碼新建立的HashMap並沒有對table雜湊表分配記憶體空間，在後面的put方法中我們將分析具體分配空間的位置以及函式.雜湊表的儲存元素是HashMapEntry。
/** @hide */ // Android added.
static class HashMapEntry<K，V> implements Map.Entry<K，V> {
final K key;
V value;
HashMapEntry<K，V> next;
int hash;
}複製程式碼除了Key與Value值之外還有HashMapEntry的引用，這裡先簡單介紹下這個next值，它連結的物件將會是一個連結串列的Head或者紅黑樹的Head，它就是解決HashMap衝突的方法之一 – 連結法。
put 方法
public V put(K key， V value) {
if (table == EMPTY_TABLE) {
inflateTable(threshold);
}
if (key == null)
return putForNullKey(value);
int hash = sun.misc.Hashing.singleWordWangJenkinsHash(key);
int i = indexFor(hash， table.length);
for (HashMapEntry<K，V> e = table[i]; e != null; e = e.next) {
Object k;
if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {
V oldValue = e.value;
e.value = value;
e.recordAccess(this);
return oldValue;
}
}
modCount++;
addEntry(hash， key， value， i);
return null;
}複製程式碼- 當table為空時，第一次使用put方法時會觸發這個table雜湊表的初始化。
- 當key是空時，將會插入value，並返回老的資料
-
通過singleWordWangJenkinsHash方法來獲取HashCode.
... public static int singleWordWangJenkinsHash(Object k) { int h = k.hashCode(); h += (h << 15) ^ 0xffffcd7d; h ^= (h >>> 10); h += (h << 3); h ^= (h >>> 6); h += (h << 2) + (h << 14); return h ^ (h >>> 16); }複製程式碼實質是通過key的hashCode()，然後再處理得到hash值，這個hash的值很重要。
-
通過indexFor方法計算得出當前資料在table雜湊表的索引位置
static int indexFor(int h， int length) { // assert Integer.bitCount(length) == 1 : "length must be a non-zero power of 2"; return h & (length-1); }複製程式碼依舊是通過`與`運算來高效計算出索引值，由於length永遠是2的倍數或者是0，所以在這裡位運算提高了速度（通過與上length – 1可以快速計算出index）。
一般HashMap的平均查詢資料時間複雜度(1)，這一個優點主要得益於這個Hashcode的計算，為了更低的衝突率，在前面的singleWordWangJenkinsHash函式中最後一步的h ^ (h >>> 16)，就是將h的高16與低16位異或操作，讓hash值盡力不會出現部分位數相同的情況， 讓indexFor計算更加平均，每一個值對應一個index，減少衝突率。 -
通過獲得的index在雜湊表指定位置找到HashMapEntry，由於HashMap是使用連結法來解決衝突的，所以如果出現衝突(也就是不同的key得到的index相同)，通過上面我們講的next值向下查詢如果找到一樣的資料，則替換並返回，如果不存在則在此處新增資料。
void addEntry(int hash， K key， V value， int bucketIndex) { if ((size >= threshold) && (null != table[bucketIndex])) { resize(2 * table.length); hash = (null != key) ? sun.misc.Hashing.singleWordWangJenkinsHash(key) : 0; bucketIndex = indexFor(hash， table.length); } createEntry(hash， key， value， bucketIndex); } //擴充table雜湊表 void resize(int newCapacity) { HashMapEntry[] oldTable = table; int oldCapacity = oldTable.length; if (oldCapacity == MAXIMUM_CAPACITY) { threshold = Integer.MAX_VALUE; return; } HashMapEntry[] newTable = new HashMapEntry[newCapacity]; transfer(newTable); table = newTable; threshold = (int)Math.min(newCapacity * loadFactor， MAXIMUM_CAPACITY + 1); } //將老列表中的資料插入到新資料表中 void transfer(HashMapEntry[] newTable) { int newCapacity = newTable.length; for (HashMapEntry<K，V> e : table) { //此處e代表table中的Entry while(null != e) { //這個while迴圈是如果Entry含有next值，將會順著next向下查詢 HashMapEntry<K，V> next = e.next; //計算在新table中的index int i = indexFor(e.hash， newCapacity); //將當前Entry拷貝到新位置前如果那個位置存在資料 //則儲存到Entry的next中 e.next = newTable[i]; //移到新位置 newTable[i] = e; e = next; } } }複製程式碼 -
呼叫addEntry方法
- 當資料數量達到閾值則要擴充套件成原先的兩倍
- 在resize函式中，當列表的大小已經是最大值，設定閾值為integer的最大值，不再擴充套件
- 生成一個新的表，然後執行transfer將老表中的資料轉換到新表中去。
- 在transfer函式中，先遍歷老表table，找出已經有資料的Entry，重新通過indexFor計算在新表中的index，將原先的entry移到新位置， 如果原先資料中存在next值則繼續順著next進行移動資料。transfer函式不僅僅是擴充套件雜湊表大小那麼簡單，通過transfer這一步可以將原先已經存在的衝突均勻分散開，這一步可以提高當前HashMap的獲取資料的速度， 重點就在indexFor方法中的與操作，待會我將來分析為何起到這個作用
- transfer完資料後，更新閾值.
- 結束了resize方法後，重新計算bucketIndex，然後通過createEntry來插入資料.
indexFor 的神奇作用
//計算公式
h & (length-1);
//假設一個Key的hashCode是 0000 0000 0000 0000 0000 0001 1111 1111
//另一個Key的hashCode是 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1111 1111
//length正好是256 也就是2的八次方 0001 0000 0000
//length - 1等於 0000 1111 1111
//執行與運算
//兩個index一樣 index1 = index2 = 255;
//當resize()函式執行翻倍時
//length正好是512 也就是2的九次方 0010 0000 0000
//length - 1等於 0001 1111 1111
//執行與運算
//index1 等於 0001 1111 1111
//index2 等於 0000 1111 1111
//兩者不相等了複製程式碼通過上面的註釋的計算介紹，可以很清晰的看到原本衝突的兩個key，通過擴充後，並且只要一個indexFor的函式，執行相與操作就可以將衝突完美化解。
get 方法
public V get(Object key) {
if (key == null)
return getForNullKey();
Entry<K，V> entry = getEntry(key);
return null == entry ? null : entry.getValue();
}
final Entry<K，V> getEntry(Object key) {
if (size == 0) {
return null;
}
int hash = (key == null) ? 0 : sun.misc.Hashing.singleWordWangJenkinsHash(key);
for (HashMapEntry<K，V> e = table[indexFor(hash， table.length)]; e != null; e = e.next) {
Object k;
if (e.hash == hash &&
((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
return e;
}
return null;
}複製程式碼get方法很簡單，就是通過key直接找資料，第一步獲取hash值，通過indexFor獲取資料在陣列的位置，然後遍歷，如果沒有衝突的話，直接可以獲取到資料並退出遍歷，存在衝突就需要在next的連結串列中查詢。
衝突的壞處
這個標題段也許是多餘的吧，希望不明白的人可以知道下吧。
HashMap的高效率依靠的就是通過HashCode雜湊式插入到表的不同位置，當不存在衝突的時候，get()查詢可以是(1)的時間複雜度，直接就可以取到資料，如果存在衝突就必須沿著next的連結串列一個一個查詢比對，效率大大降低。
題外話
Java8中的HashMap原始碼中，在解決衝突部分，使用了紅黑樹與連結串列替換使用的方式來管理衝突的資料，提高衝突時的get(object)搜尋速度，當衝突資料少時用連結串列，大時使用紅黑樹。
總是HashMap是出了名的用空間換時間的資料結構，也是常用的資料結構，但是記憶體使用率低是它致命的弱點，為此Android有一個ArrayMap資料結構在一定程度上來替代它，下面的章節中我將分析ArrayMap這個資料結構，講解什麼時候使用ArrayMap什麼時候使用HashMap。
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