Java集合系列的原始碼解析，分析程式碼的版本均為：Sun JDK1.7
這篇文章fuck的是HashMap，為什麼先選擇它呢，因為Android開發中最常用的資料集合就是HashMap和ArrayList，這裡先Fuck HashMap。
通過本篇文章你可以知道下面幾點：
1.HashMap內部採用的資料結構——>HashMap內部採用的是陣列加單連結串列來實現的，單連結串列的插入為頭插法。（如果對連結串列的理論不熟悉可以參考：線性表）
2.HashMap的擴容機制——>大於閥值，且當前索引處的值非null，則直接擴容1倍。
3.HashMap是如何解決碰撞問題的——>拉鍊法,即採用連結串列的形式，關於雜湊表
建立HashMap的物件有4種姿勢，比如像下面這樣：
程式碼清單1：
/**HashMap原始碼解析使用**/
public class HashMapTest {
public static void main(String[] args) {
HashMap<String, String> hashMap=new HashMap<>(4,0.25f);
HashMap<String, String> hashMap2=new HashMap<>(3);
HashMap<String, String> hashMap3=new HashMap<>(3, 1);
HashMap<String , String> tmp=new HashMap<>();
HashMap<String, String> hashMap4=new HashMap<>(tmp);
hashMap.put(null, null);
System.out.println(hashMap.get(null));
int a=(11 > 1) ? Integer.highestOneBit((11- 1) << 1) : 1;//
System.out.println(a);
hashMap.put("G1", "1");
hashMap.put("G2", "2");
hashMap.put("G3", "3");
hashMap.put("G4", "4");
hashMap.put("G5", "5");
hashMap.put("G6", "6");
hashMap.put("G7", "7");
hashMap.put("G8", "8");
hashMap.put("G9", "9");
hashMap.put("G10", "10");
hashMap.put("G11", "11");
hashMap.put("G12", "12");
System.out.println(hashMap.keySet().toString());//
System.out.println(hashMap.values().toString());
System.out.println(hashMap.entrySet().toString());
}
}複製程式碼看下HashMap的建構函式：
程式碼清單2：
static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; // 預設容量16
static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;//最大容量
static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;//預設裝載因子 0.75
static final Entry<?,?>[] EMPTY_TABLE = {};
transient Entry<K,V>[] table = (Entry<K,V>[]) EMPTY_TABLE;//這裡注意一下，transient修飾的變數不能序列化，而且table的長度是2的冪，存資料的載體，這是一個物件陣列
transient int size;//
int threshold;//閥值，用於判斷是否需要調整HashMap的容量(threshold=loadFactor*capacity)
final float loadFactor;//裝載因子，一旦指定不可改變
transient int modCount;//該hashMap總共被修改了多少次
static final int ALTERNATIVE_HASHING_THRESHOLD_DEFAULT = Integer.MAX_VALUE;
public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {
if (initialCapacity < 0)
throw new IllegalArgumentException("Illegal initial capacity: " +
initialCapacity);
if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY)//如果大於最大值，則設為最大值
initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY;
if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor))
throw new IllegalArgumentException("Illegal load factor: " +
loadFactor);
this.loadFactor = loadFactor;
threshold = initialCapacity;//初始閥值為初始容量
init();//空方法，這裡不用管這個方法，沒有多大的實際意義
}
public HashMap(int initialCapacity) {
this(initialCapacity, DEFAULT_LOAD_FACTOR);
}
public HashMap() {
this(DEFAULT_INITIAL_CAPACITY, DEFAULT_LOAD_FACTOR);//這句話等價於：this(16,0.75);
}
public HashMap(Map<? extends K, ? extends V> m) {
this(Math.max((int) (m.size() / DEFAULT_LOAD_FACTOR) + 1,
DEFAULT_INITIAL_CAPACITY), DEFAULT_LOAD_FACTOR);
inflateTable(threshold);
putAllForCreate(m);
}複製程式碼在上面的程式碼中，我們發現建構函式中沒有對table進行初始化，那麼資料儲存在哪呢？一般new HashMap之後我們都要使用put(object object)或putAll(Map)來進行存資料，其實putAll內部是經過迴圈遍歷其引數來呼叫put來完成功能的。
下面我們先著重看一下put方法：
程式碼清單3：
public V put(K key, V value) {
if (table == EMPTY_TABLE) {//如果為空則進行初始化，這裡就解決了建構函式中沒有初始化table的問題
inflateTable(threshold);
}
if (key == null)
return putForNullKey(value);//從這裡可以看到hashmap是可以接收key為null的鍵值對,這個方法沒有什麼好講的，就不展開了。
int hash = hash(key);//計算雜湊值
int i = indexFor(hash, table.length);//通過雜湊值來獲取陣列下標
for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) {//這裡e=e.next是當發生碰撞時解決衝突的產物
Object k;
if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {//如果已有相應的鍵值對，則更新其值。
V oldValue = e.value;
e.value = value;
e.recordAccess(this);
return oldValue;
}
}
modCount++;
addEntry(hash, key, value, i);//加入新的鍵值對
return null;
}複製程式碼關於put方法，我們根據上面的註釋就可以明白大致的意思，這裡先展開看一下inflateTable（threshold）這個函式，程式碼如下：
程式碼清單4：
/**
* Inflates the table,在這個函式的方法體中，我們可以看到table陣列的實際大小要比我們呼叫建構函式傳入的值大，原因再於減一左移調整2冪
*/
private void inflateTable(int toSize) {
// Find a power of 2 >= toSize
int capacity = roundUpToPowerOf2(toSize);//比如tosize=11則capacity=16。
threshold = (int) Math.min(capacity * loadFactor, MAXIMUM_CAPACITY + 1);//重新設定閥值，
table = new Entry[capacity];//初始化table,
initHashSeedAsNeeded(capacity);//初始化雜湊種子
}
private static int roundUpToPowerOf2(int number) {//調整大小，返回一個2冪的值
// assert number >= 0 : "number must be non-negative";
return number >= MAXIMUM_CAPACITY
? MAXIMUM_CAPACITY
: (number > 1) ? Integer.highestOneBit((number - 1) << 1) : 1;//highestOneBit的作用是：如果一個數是0, 則返回0；如果是負數, 則返回 -2147483648：【1000,0000,0000,0000,0000,0000,0000,0000】(二進位制表示的數)；如果是正數, 返回的則是跟它最靠近的比它小的2的N次方
}
/**
* Initialize the hashing mask value. We defer initialization until we
* really need it.
*/
final boolean initHashSeedAsNeeded(int capacity) {
boolean currentAltHashing = hashSeed != 0;
boolean useAltHashing = sun.misc.VM.isBooted() &&
(capacity >= Holder.ALTERNATIVE_HASHING_THRESHOLD);
boolean switching = currentAltHashing ^ useAltHashing;
if (switching) {
hashSeed = useAltHashing
? sun.misc.Hashing.randomHashSeed(this)
: 0;
}
return switching;
}複製程式碼程式碼清單4的最主要任務就是new Entry[capacity],我們繼續put方法，將addEntry展開，如程式碼清單5：
程式碼清單5：
//該函式的主要職責是根據需要調整table的大小
void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
//如果當前鍵值對的數量已經大於閥值並且buckeIndex位置上有值(說明發生了碰撞)，進行擴容處理。
if ((size >= threshold) && (null != table[bucketIndex])) {從這裡我們可以看到，並不是鍵值對的值到達表長才開始擴容，而是達到閥值就開始擴容。
//擴容擴容，直接兩倍，這裡擴容擴的是陣列的容量，這裡直接乘以2是因為table.length的值本身就已經調整成2的冪
resize(2 * table.length);
hash = (null != key) ? hash(key) : 0;//重新計算hash值
bucketIndex = indexFor(hash, table.length);
}
createEntry(hash, key, value, bucketIndex);
}
void createEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
Entry<K,V> e = table[bucketIndex];
table[bucketIndex] = new Entry<>(hash, key, value, e);//從這兩句程式碼可以看出，這裡的單向連結串列採用的是頭插法。
size++;//size的值只在這裡更新，即只有在建立具體的鍵值對時才會更新值
}
void resize(int newCapacity) {
Entry[] oldTable = table;
int oldCapacity = oldTable.length;
if (oldCapacity == MAXIMUM_CAPACITY) {//如果當前容量是最大值，則閥值為最大值，並返回
threshold = Integer.MAX_VALUE;
return;
}
Entry[] newTable = new Entry[newCapacity];
transfer(newTable, initHashSeedAsNeeded(newCapacity));//遷移鍵值對
table = newTable;
threshold = (int)Math.min(newCapacity * loadFactor, MAXIMUM_CAPACITY + 1);//更新閥值
}
/**
* 這個遷移程式碼的核心，遷移元素的函式並不會對size的進行改變，因為遷移並沒有增加元素。
*/
void transfer(Entry[] newTable, boolean rehash) {
int newCapacity = newTable.length;
for (Entry<K,V> e : table) {
while(null != e) {
Entry<K,V> next = e.next;
if (rehash) {
e.hash = null == e.key ? 0 : hash(e.key);
}
int i = indexFor(e.hash, newCapacity);//這個遷移邏輯其實是把單連結串列反序的操作，不影響，因為HashMap本身並不對鍵值對有順序要求。
e.next = newTable[i];
newTable[i] = e;
e = next;
}
}
}複製程式碼通過程式碼清單3至5的程式碼註釋，我們已經清楚地瞭解了put操作的全過程。存的過程通曉了，存資料就是為了取，我們下面來一起看一下如何取資料，請看程式碼清單6：
程式碼清單6：
public V get(Object key) {
if (key == null)
return getForNullKey();
Entry<K,V> entry = getEntry(key);
return null == entry ? null : entry.getValue();
}
private V getForNullKey() {
if (size == 0) {
return null;
}
for (Entry<K,V> e = table[0]; e != null; e = e.next) {//從這裡可以看出key為null其雜湊值為0
if (e.key == null)
return e.value;
}
return null;
}
final Entry<K,V> getEntry(Object key) {
if (size == 0) {
return null;
}
int hash = (key == null) ? 0 : hash(key);
for (Entry<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;
}複製程式碼程式碼清單6整個邏輯比較簡單，其實就是兩步走，定位陣列元素的索引，然後遍歷單連結串列，若找到相應的鍵值對則返回value，沒有直接返回null。
我覺得我們有必要看一下hash相關的函式以及陣列元素的索引定位，如程式碼清單7：
程式碼清單7：
transient int hashSeed = 0;
final boolean initHashSeedAsNeeded(int capacity) {
boolean currentAltHashing = hashSeed != 0;
boolean useAltHashing = sun.misc.VM.isBooted() &&
(capacity >= Holder.ALTERNATIVE_HASHING_THRESHOLD);
boolean switching = currentAltHashing ^ useAltHashing;
if (switching) {
hashSeed = useAltHashing
? sun.misc.Hashing.randomHashSeed(this)
: 0;
}
return switching;
}
hash函式的作用是計算雜湊值，
final int hash(Object k) {
int h = hashSeed;
if (0 != h && k instanceof String) {
return sun.misc.Hashing.stringHash32((String) k);
}
h ^= k.hashCode();
h ^= (h >>> 20) ^ (h >>> 12);
return h ^ (h >>> 7) ^ (h >>> 4);//做了4次擾動處理，其實就是為了減少碰撞，jdk1.8中對於該函式進行了優化，只做了一次擾動處理。
}
雜湊值來獲取table陣列的索引
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);//當length為2^n時，這句程式碼等價於h%length，其實在hashmap的初始容量或者以及動態擴容的容量都是2^n，所以這裡其實可以理解為求模的運算
}複製程式碼開篇的3個問題已經解釋清楚了，到這裡又引出新的問題：
為什麼容量一定要是2的冪(即2^n)呢？
要解釋為什麼HashMap的長度是2的整次冪，就必須indexFor和hash函式一起來分析。
h&(length-1)中的length-1正好相當於一個"地位掩碼"，“與”操作的結果就是雜湊值的高位全部歸零，只保留低位值，用來做陣列下標訪問,這樣保證了求得的索引indx即indexFor函式的返回值不會發生越界情況。這裡我們看兩組資料：
16：0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001 0000 減去1=15:0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1111
32：0000 0000 0000 0000 0000 0000 0010 0000 減去1=31:0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001 1111
第一組資料：
---------h=8,length=16,indexFor返回值：8------------------------
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1000（h）
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1111 (length-1)
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1000 (index)
---------h=24,length=16,indexFor返回值：8------------------------
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001 1000
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1111
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1000
---------h=56,length=16,indexFor返回值：8------------------------
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0011 1000
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1111
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1000
第二組資料：
---------h=8,length=32,indexFor返回值：8------------------------
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1000
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001 1111
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1000
---------h=24,length=32,indexFor返回值：24------------------------
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001 1000
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001 1111
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001 1000
---------h=56,length=32,indexFor返回值：24------------------------
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0011 1000
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001 1111
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001 1000
看到沒有如果我們不對hash進行擾動處理，直接進行求模運算，則發生了碰撞。來我們對上面的資料進行騷動，額，不對，進行擾動。
---------h=8,r_h=8,length=16,indexFor返回值：8------------------------
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1000 (h)
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1000 (r_h)
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1111 (length-1)
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1000 (index)
---------h=24,r_h=25,length=16,indexFor返回值：9------------------------
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001 1000 (h)
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001 1001 (r_h)
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1111 (length-1)
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1001 (index)
---------h=56,r_h=59,length=16,indexFor返回值：11------------------------
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0011 1000 (h)
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0011 1011 (r_h)
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1111 (length-1)
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1011 (index)
看到沒，就因為對hash進行了擾動處理，所以第一組資料樣本發生的碰撞消除了。r_h的求值是根據：h ^= (h >>> 20) ^ (h >>> 12);h ^ (h >>> 7) ^ (h >>> 4);通過上面的資料，我相信大家已經明白了hash以及indexFor兩個函式了。HashMap的原始碼分析到此結束，其餘部分的程式碼自行了解，此篇文章是基於jdk1.7的程式碼來分析的，至於1.8的改動，有時間會再出一篇文章。
轉載請註明出處：blog.csdn.net/android_jia…