前言
HashMap在Java和Android開發中非常常見- 今天，我將帶來
HashMap的全部原始碼分析，希望你們會喜歡。
- 本文基於版本
JDK 1.7，即Java 7- 關於版本
JDK 1.8，即Java 8，具體請看文章Java原始碼分析：關於 HashMap 1.8 的重大更新
目錄
1. 簡介
- 類定義
public class HashMap<K,V>
extends AbstractMap<K,V>
implements Map<K,V>, Cloneable, Serializable
複製程式碼- 主要介紹
HashMap的實現在JDK 1.7和JDK 1.8差別較大- 今天，我將主要講解
JDK 1.7中HashMap的原始碼解析
關於
JDK 1.8中HashMap的原始碼解析請看文章：Java原始碼分析：關於 HashMap 1.8 的重大更新
2. 資料結構
2.1 具體描述
HashMap 採用的資料結構 = 陣列（主） + 單連結串列（副），具體描述如下
該資料結構方式也稱：拉鍊法
2.2 示意圖
2.3 儲存流程
注：為了讓大家有個感性的認識，只是簡單的畫出儲存流程，更加詳細 & 具體的儲存流程會在下面原始碼分析中給出
2.4 陣列元素 & 連結串列節點的 實現類
HashMap中的陣列元素 & 連結串列節點 採用Entry類 實現，如下圖所示
- 即
HashMap的本質 = 1個儲存Entry類物件的陣列 + 多個單連結串列Entry物件本質 = 1個對映（鍵 - 值對），屬性包括：鍵（key）、值（value） & 下1節點(next) = 單連結串列的指標 = 也是一個Entry物件，用於解決hash衝突
- 該類的原始碼分析如下
具體分析請看註釋
/**
* Entry類實現了Map.Entry介面
* 即 實現了getKey()、getValue()、equals(Object o)和hashCode()等方法
**/
static class Entry<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
final K key; // 鍵
V value; // 值
Entry<K,V> next; // 指向下一個節點 ，也是一個Entry物件，從而形成解決hash衝突的單連結串列
int hash; // hash值
/**
* 構造方法，建立一個Entry
* 引數：雜湊值h，鍵值k，值v、下一個節點n
*/
Entry(int h, K k, V v, Entry<K,V> n) {
value = v;
next = n;
key = k;
hash = h;
}
// 返回 與 此項 對應的鍵
public final K getKey() {
return key;
}
// 返回 與 此項 對應的值
public final V getValue() {
return value;
}
public final V setValue(V newValue) {
V oldValue = value;
value = newValue;
return oldValue;
}
/**
* equals（）
* 作用：判斷2個Entry是否相等，必須key和value都相等，才返回true
*/
public final boolean equals(Object o) {
if (!(o instanceof Map.Entry))
return false;
Map.Entry e = (Map.Entry)o;
Object k1 = getKey();
Object k2 = e.getKey();
if (k1 == k2 || (k1 != null && k1.equals(k2))) {
Object v1 = getValue();
Object v2 = e.getValue();
if (v1 == v2 || (v1 != null && v1.equals(v2)))
return true;
}
return false;
}
/**
* hashCode（）
*/
public final int hashCode() {
return Objects.hashCode(getKey()) ^ Objects.hashCode(getValue());
}
public final String toString() {
return getKey() + "=" + getValue();
}
/**
* 當向HashMap中新增元素時，即呼叫put(k,v)時，
* 對已經在HashMap中k位置進行v的覆蓋時，會呼叫此方法
* 此處沒做任何處理
*/
void recordAccess(HashMap<K,V> m) {
}
/**
* 當從HashMap中刪除了一個Entry時，會呼叫該函式
* 此處沒做任何處理
*/
void recordRemoval(HashMap<K,V> m) {
}
}
複製程式碼3. 具體使用
3.1 主要使用API（方法、函式）
V get(Object key); // 獲得指定鍵的值
V put(K key, V value); // 新增鍵值對
void putAll(Map<? extends K, ? extends V> m); // 將指定Map中的鍵值對 複製到 此Map中
V remove(Object key); // 刪除該鍵值對
boolean containsKey(Object key); // 判斷是否存在該鍵的鍵值對；是 則返回true
boolean containsValue(Object value); // 判斷是否存在該值的鍵值對；是 則返回true
Set<K> keySet(); // 單獨抽取key序列，將所有key生成一個Set
Collection<V> values(); // 單獨value序列，將所有value生成一個Collection
void clear(); // 清除雜湊表中的所有鍵值對
int size(); // 返回雜湊表中所有 鍵值對的數量 = 陣列中的鍵值對 + 連結串列中的鍵值對
boolean isEmpty(); // 判斷HashMap是否為空；size == 0時 表示為 空
複製程式碼3.2 使用流程
- 在具體使用時，主要流程是：
- 宣告1個
HashMap的物件 - 向
HashMap新增資料（成對 放入 鍵 - 值對） - 獲取
HashMap的某個資料 - 獲取
HashMap的全部資料：遍歷HashMap
- 示例程式碼
import java.util.Collection;
import java.util.HashMap;
import java.util.Iterator;
import java.util.Map;
import java.util.Set;
public class HashMapTest {
public static void main(String[] args) {
/**
* 1. 宣告1個 HashMap的物件
*/
Map<String, Integer> map = new HashMap<String, Integer>();
/**
* 2. 向HashMap新增資料（成對 放入 鍵 - 值對）
*/
map.put("Android", 1);
map.put("Java", 2);
map.put("iOS", 3);
map.put("資料探勘", 4);
map.put("產品經理", 5);
/**
* 3. 獲取 HashMap 的某個資料
*/
System.out.println("key = 產品經理時的值為：" + map.get("產品經理"));
/**
* 4. 獲取 HashMap 的全部資料：遍歷HashMap
* 核心思想：
* 步驟1：獲得key-value對（Entry） 或 key 或 value的Set集合
* 步驟2：遍歷上述Set集合(使用for迴圈 、 迭代器（Iterator）均可)
* 方法共有3種：分別針對 key-value對（Entry） 或 key 或 value
*/
// 方法1：獲得key-value的Set集合 再遍歷
System.out.println("方法1");
// 1. 獲得key-value對（Entry）的Set集合
Set<Map.Entry<String, Integer>> entrySet = map.entrySet();
// 2. 遍歷Set集合，從而獲取key-value
// 2.1 通過for迴圈
for(Map.Entry<String, Integer> entry : entrySet){
System.out.print(entry.getKey());
System.out.println(entry.getValue());
}
System.out.println("----------");
// 2.2 通過迭代器：先獲得key-value對（Entry）的Iterator，再迴圈遍歷
Iterator iter1 = entrySet.iterator();
while (iter1.hasNext()) {
// 遍歷時，需先獲取entry，再分別獲取key、value
Map.Entry entry = (Map.Entry) iter1.next();
System.out.print((String) entry.getKey());
System.out.println((Integer) entry.getValue());
}
// 方法2：獲得key的Set集合 再遍歷
System.out.println("方法2");
// 1. 獲得key的Set集合
Set<String> keySet = map.keySet();
// 2. 遍歷Set集合，從而獲取key，再獲取value
// 2.1 通過for迴圈
for(String key : keySet){
System.out.print(key);
System.out.println(map.get(key));
}
System.out.println("----------");
// 2.2 通過迭代器：先獲得key的Iterator，再迴圈遍歷
Iterator iter2 = keySet.iterator();
String key = null;
while (iter2.hasNext()) {
key = (String)iter2.next();
System.out.print(key);
System.out.println(map.get(key));
}
// 方法3：獲得value的Set集合 再遍歷
System.out.println("方法3");
// 1. 獲得value的Set集合
Collection valueSet = map.values();
// 2. 遍歷Set集合，從而獲取value
// 2.1 獲得values 的Iterator
Iterator iter3 = valueSet.iterator();
// 2.2 通過遍歷，直接獲取value
while (iter3.hasNext()) {
System.out.println(iter3.next());
}
}
}
// 注：對於遍歷方式，推薦使用針對 key-value對（Entry）的方式：效率高
// 原因：
// 1. 對於 遍歷keySet 、valueSet，實質上 = 遍歷了2次：1 = 轉為 iterator 迭代器遍歷、2 = 從 HashMap 中取出 key 的 value 操作（通過 key 值 hashCode 和 equals 索引）
// 2. 對於 遍歷 entrySet ，實質 = 遍歷了1次 = 獲取儲存實體Entry（儲存了key 和 value ）
複製程式碼- 執行結果
方法1
Java2
iOS3
資料探勘4
Android1
產品經理5
----------
Java2
iOS3
資料探勘4
Android1
產品經理5
方法2
Java2
iOS3
資料探勘4
Android1
產品經理5
----------
Java2
iOS3
資料探勘4
Android1
產品經理5
方法3
2
3
4
1
5
複製程式碼下面，我們按照上述的使用過程，對一個個步驟進行原始碼解析
4. 基礎知識：HashMap中的重要引數（變數）
- 在進行真正的原始碼分析前，先講解
HashMap中的重要引數（變數） HashMap中的主要引數 = 容量、載入因子、擴容閾值- 具體介紹如下
// 1. 容量（capacity）： HashMap中陣列的長度
// a. 容量範圍：必須是2的冪 & <最大容量（2的30次方）
// b. 初始容量 = 雜湊表建立時的容量
// 預設容量 = 16 = 1<<4 = 00001中的1向左移4位 = 10000 = 十進位制的2^4=16
static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4;
// 最大容量 = 2的30次方（若傳入的容量過大，將被最大值替換）
static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;
// 2. 載入因子(Load factor)：HashMap在其容量自動增加前可達到多滿的一種尺度
// a. 載入因子越大、填滿的元素越多 = 空間利用率高、但衝突的機會加大、查詢效率變低（因為連結串列變長了）
// b. 載入因子越小、填滿的元素越少 = 空間利用率小、衝突的機會減小、查詢效率高（連結串列不長）
// 實際載入因子
final float loadFactor;
// 預設載入因子 = 0.75
static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;
// 3. 擴容閾值（threshold）：當雜湊表的大小 ≥ 擴容閾值時，就會擴容雜湊表（即擴充HashMap的容量）
// a. 擴容 = 對雜湊表進行resize操作（即重建內部資料結構），從而雜湊表將具有大約兩倍的桶數
// b. 擴容閾值 = 容量 x 載入因子
int threshold;
// 4. 其他
// 儲存資料的Entry型別 陣列，長度 = 2的冪
// HashMap的實現方式 = 拉鍊法，Entry陣列上的每個元素本質上是一個單向連結串列
transient Entry<K,V>[] table = (Entry<K,V>[]) EMPTY_TABLE;
// HashMap的大小，即 HashMap中儲存的鍵值對的數量
transient int size;
複製程式碼- 引數示意圖
- 此處 詳細說明 載入因子
5. 原始碼分析
- 本次的原始碼分析主要是根據 使用步驟 進行相關函式的詳細分析
- 主要分析內容如下：
- 下面，我將對每個步驟內容的主要方法進行詳細分析
步驟1：宣告1個 HashMap的物件
/**
* 函式使用原型
*/
Map<String,Integer> map = new HashMap<String,Integer>();
/**
* 原始碼分析：主要是HashMap的建構函式 = 4個
* 僅貼出關於HashMap建構函式的原始碼
*/
public class HashMap<K,V>
extends AbstractMap<K,V>
implements Map<K,V>, Cloneable, Serializable{
// 省略上節闡述的引數
/**
* 建構函式1：預設建構函式（無參）
* 載入因子 & 容量 = 預設 = 0.75、16
*/
public HashMap() {
// 實際上是呼叫建構函式3：指定“容量大小”和“載入因子”的建構函式
// 傳入的指定容量 & 載入因子 = 預設
this(DEFAULT_INITIAL_CAPACITY, DEFAULT_LOAD_FACTOR);
}
/**
* 建構函式2：指定“容量大小”的建構函式
* 載入因子 = 預設 = 0.75 、容量 = 指定大小
*/
public HashMap(int initialCapacity) {
// 實際上是呼叫指定“容量大小”和“載入因子”的建構函式
// 只是在傳入的載入因子引數 = 預設載入因子
this(initialCapacity, DEFAULT_LOAD_FACTOR);
}
/**
* 建構函式3：指定“容量大小”和“載入因子”的建構函式
* 載入因子 & 容量 = 自己指定
*/
public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {
// HashMap的最大容量只能是MAXIMUM_CAPACITY，哪怕傳入的 > 最大容量
if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY)
initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY;
// 設定 載入因子
this.loadFactor = loadFactor;
// 設定 擴容閾值 = 初始容量
// 注：此處不是真正的閾值，是為了擴充套件table，該閾值後面會重新計算，下面會詳細講解
threshold = initialCapacity;
init(); // 一個空方法用於未來的子物件擴充套件
}
/**
* 建構函式4：包含“子Map”的建構函式
* 即 構造出來的HashMap包含傳入Map的對映關係
* 載入因子 & 容量 = 預設
*/
public HashMap(Map<? extends K, ? extends V> m) {
// 設定容量大小 & 載入因子 = 預設
this(Math.max((int) (m.size() / DEFAULT_LOAD_FACTOR) + 1,
DEFAULT_INITIAL_CAPACITY), DEFAULT_LOAD_FACTOR);
// 該方法用於初始化 陣列 & 閾值，下面會詳細說明
inflateTable(threshold);
// 將傳入的子Map中的全部元素逐個新增到HashMap中
putAllForCreate(m);
}
}
複製程式碼- 注：
- 此處僅用於接收初始容量大小（
capacity）、載入因子(Load factor)，但仍無真正初始化雜湊表，即初始化儲存陣列table - 此處先給出結論：真正初始化雜湊表（初始化儲存陣列
table）是在第1次新增鍵值對時，即第1次呼叫put（）時。下面會詳細說明
- 此處僅用於接收初始容量大小（
至此，關於HashMap的建構函式講解完畢。
步驟2：向HashMap新增資料（成對 放入 鍵 - 值對）
- 新增資料的流程如下
注：為了讓大家有個感性的認識，只是簡單的畫出儲存流程，更加詳細 & 具體的儲存流程會在下面原始碼分析中給出
- 原始碼分析
/**
* 函式使用原型
*/
map.put("Android", 1);
map.put("Java", 2);
map.put("iOS", 3);
map.put("資料探勘", 4);
map.put("產品經理", 5);
/**
* 原始碼分析：主要分析： HashMap的put函式
*/
public V put(K key, V value)
（分析1）// 1. 若 雜湊表未初始化（即 table為空)
// 則使用 建構函式時設定的閾值(即初始容量) 初始化 陣列table
if (table == EMPTY_TABLE) {
inflateTable(threshold);
}
// 2. 判斷key是否為空值null
（分析2）// 2.1 若key == null，則將該鍵-值 存放到陣列table 中的第1個位置，即table [0]
// （本質：key = Null時，hash值 = 0，故存放到table[0]中）
// 該位置永遠只有1個value，新傳進來的value會覆蓋舊的value
if (key == null)
return putForNullKey(value);
（分析3） // 2.2 若 key ≠ null，則計算存放陣列 table 中的位置（下標、索引）
// a. 根據鍵值key計算hash值
int hash = hash(key);
// b. 根據hash值 最終獲得 key對應存放的陣列Table中位置
int i = indexFor(hash, table.length);
// 3. 判斷該key對應的值是否已存在（通過遍歷 以該陣列元素為頭結點的連結串列 逐個判斷）
for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) {
Object k;
（分析4）// 3.1 若該key已存在（即 key-value已存在 ），則用 新value 替換 舊value
if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {
V oldValue = e.value;
e.value = value;
e.recordAccess(this);
return oldValue; //並返回舊的value
}
}
modCount++;
（分析5）// 3.2 若 該key不存在，則將“key-value”新增到table中
addEntry(hash, key, value, i);
return null;
}
複製程式碼- 根據原始碼分析所作出的流程圖
- 下面，我將根據上述流程的5個分析點進行詳細講解
分析1：初始化雜湊表
即 初始化陣列（table）、擴容閾值（threshold）
/**
* 函式使用原型
*/
if (table == EMPTY_TABLE) {
inflateTable(threshold);
}
/**
* 原始碼分析：inflateTable(threshold);
*/
private void inflateTable(int toSize) {
// 1. 將傳入的容量大小轉化為：>傳入容量大小的最小的2的次冪
// 即如果傳入的是容量大小是19，那麼轉化後，初始化容量大小為32（即2的5次冪）
int capacity = roundUpToPowerOf2(toSize);->>分析1
// 2. 重新計算閾值 threshold = 容量 * 載入因子
threshold = (int) Math.min(capacity * loadFactor, MAXIMUM_CAPACITY + 1);
// 3. 使用計算後的初始容量（已經是2的次冪） 初始化陣列table（作為陣列長度）
// 即 雜湊表的容量大小 = 陣列大小（長度）
table = new Entry[capacity]; //用該容量初始化table
initHashSeedAsNeeded(capacity);
}
/**
* 分析1：roundUpToPowerOf2(toSize)
* 作用：將傳入的容量大小轉化為：>傳入容量大小的最小的2的冪
* 特別注意：容量大小必須為2的冪，該原因在下面的講解會詳細分析
*/
private static int roundUpToPowerOf2(int number) {
//若 容量超過了最大值，初始化容量設定為最大值 ；否則，設定為：>傳入容量大小的最小的2的次冪
return number >= MAXIMUM_CAPACITY ?
MAXIMUM_CAPACITY : (number > 1) ? Integer.highestOneBit((number - 1) << 1) : 1;
複製程式碼- 再次強調：真正初始化雜湊表（初始化儲存陣列
table）是在第1次新增鍵值對時，即第1次呼叫put（）時
分析2：當 key ==null時，將該 key-value 的儲存位置規定為陣列table 中的第1個位置，即table [0]
/**
* 函式使用原型
*/
if (key == null)
return putForNullKey(value);
/**
* 原始碼分析：putForNullKey(value)
*/
private V putForNullKey(V value) {
// 遍歷以table[0]為首的連結串列，尋找是否存在key==null 對應的鍵值對
// 1. 若有：則用新value 替換 舊value；同時返回舊的value值
for (Entry<K,V> e = table[0]; e != null; e = e.next) {
if (e.key == null) {
V oldValue = e.value;
e.value = value;
e.recordAccess(this);
return oldValue;
}
}
modCount++;
// 2 .若無key==null的鍵，那麼呼叫addEntry（），將空鍵 & 對應的值封裝到Entry中，並放到table[0]中
addEntry(0, null, value, 0);
// 注：
// a. addEntry（）的第1個引數 = hash值 = 傳入0
// b. 即 說明：當key = null時，也有hash值 = 0，所以HashMap的key 可為null
// c. 對比HashTable，由於HashTable對key直接hashCode（），若key為null時，會丟擲異常，所以HashTable的key不可為null
// d. 此處只需知道是將 key-value 新增到HashMap中即可，關於addEntry（）的原始碼分析將等到下面再詳細說明，
return null;
}
複製程式碼從此處可以看出：
HashMap的鍵key可為null（區別於HashTable的key不可為null）HashMap的鍵key可為null且只能為1個，但值value可為null且為多個
分析3：計算存放陣列 table 中的位置（即 陣列下標 or 索引）
/**
* 函式使用原型
* 主要分為2步：計算hash值、根據hash值再計算得出最後陣列位置
*/
// a. 根據鍵值key計算hash值 ->> 分析1
int hash = hash(key);
// b. 根據hash值 最終獲得 key對應存放的陣列Table中位置 ->> 分析2
int i = indexFor(hash, table.length);
/**
* 原始碼分析1：hash(key)
* 該函式在JDK 1.7 和 1.8 中的實現不同，但原理一樣 = 擾動函式 = 使得根據key生成的雜湊碼（hash值）分佈更加均勻、更具備隨機性，避免出現hash值衝突（即指不同key但生成同1個hash值）
* JDK 1.7 做了9次擾動處理 = 4次位運算 + 5次異或運算
* JDK 1.8 簡化了擾動函式 = 只做了2次擾動 = 1次位運算 + 1次異或運算
*/
// JDK 1.7實現：將 鍵key 轉換成 雜湊碼（hash值）操作 = 使用hashCode() + 4次位運算 + 5次異或運算（9次擾動）
static final int hash(int h) {
h ^= k.hashCode();
h ^= (h >>> 20) ^ (h >>> 12);
return h ^ (h >>> 7) ^ (h >>> 4);
}
// JDK 1.8實現：將 鍵key 轉換成 雜湊碼（hash值）操作 = 使用hashCode() + 1次位運算 + 1次異或運算（2次擾動）
// 1. 取hashCode值： h = key.hashCode()
// 2. 高位參與低位的運算：h ^ (h >>> 16)
static final int hash(Object key) {
int h;
return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
// a. 當key = null時，hash值 = 0，所以HashMap的key 可為null
// 注：對比HashTable，HashTable對key直接hashCode（），若key為null時，會丟擲異常，所以HashTable的key不可為null
// b. 當key ≠ null時，則通過先計算出 key的 hashCode()（記為h），然後 對雜湊碼進行 擾動處理： 按位 異或（^） 雜湊碼自身右移16位後的二進位制
}
/**
* 函式原始碼分析2：indexFor(hash, table.length)
* JDK 1.8中實際上無該函式，但原理相同，即具備類似作用的函式
*/
static int indexFor(int h, int length) {
return h & (length-1);
// 將對雜湊碼擾動處理後的結果 與運算(&) （陣列長度-1），最終得到儲存在陣列table的位置（即陣列下標、索引）
}
複製程式碼- 總結 計算存放在陣列 table 中的位置（即陣列下標、索引）的過程
在瞭解 如何計算存放陣列table 中的位置 後，所謂 知其然 而 需知其所以然，下面我將講解為什麼要這樣計算，即主要解答以下3個問題：
- 為什麼不直接採用經過
hashCode（）處理的雜湊碼 作為 儲存陣列table的下標位置？ - 為什麼採用 雜湊碼 與運算(&) （陣列長度-1） 計算陣列下標？
- 為什麼在計算陣列下標前，需對雜湊碼進行二次處理：擾動處理？
在回答這3個問題前，請大家記住一個核心思想：
所有處理的根本目的，都是為了提高 儲存
key-value的陣列下標位置 的隨機性 & 分佈均勻性，儘量避免出現hash值衝突。即：對於不同key，儲存的陣列下標位置要儘可能不一樣
問題1：為什麼不直接採用經過hashCode（）處理的雜湊碼 作為 儲存陣列table的下標位置？
- 結論：容易出現 雜湊碼 與 陣列大小範圍不匹配的情況，即 計算出來的雜湊碼可能 不在陣列大小範圍內，從而導致無法匹配儲存位置
- 原因描述
- 為了解決 “雜湊碼與陣列大小範圍不匹配” 的問題，
HashMap給出瞭解決方案：雜湊碼 與運算（&） （陣列長度-1）；請繼續問題2
問題2：為什麼採用 雜湊碼 與運算(&) （陣列長度-1） 計算陣列下標？
-
結論：根據HashMap的容量大小（陣列長度），按需取 雜湊碼一定數量的低位 作為儲存的陣列下標位置，從而 解決 “雜湊碼與陣列大小範圍不匹配” 的問題
-
具體解決方案描述
問題3：為什麼在計算陣列下標前，需對雜湊碼進行二次處理：擾動處理？
-
結論：加大雜湊碼低位的隨機性，使得分佈更均勻，從而提高對應陣列儲存下標位置的隨機性 & 均勻性，最終減少Hash衝突
-
具體描述
至此，關於怎麼計算 key-value 值儲存在HashMap陣列位置 & 為什麼要這麼計算，講解完畢。
分析4：若對應的key已存在，則 使用 新value 替換 舊value
注：當發生
Hash衝突時，為了保證 鍵key的唯一性雜湊表並不會馬上在連結串列中插入新資料，而是先查詢該key是否已存在，若已存在，則替換即可
/**
* 函式使用原型
*/
// 2. 判斷該key對應的值是否已存在（通過遍歷 以該陣列元素為頭結點的連結串列 逐個判斷）
for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) {
Object k;
// 2.1 若該key已存在（即 key-value已存在 ），則用 新value 替換 舊value
if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {
V oldValue = e.value;
e.value = value;
e.recordAccess(this);
return oldValue; //並返回舊的value
}
}
modCount++;
// 2.2 若 該key不存在，則將“key-value”新增到table中
addEntry(hash, key, value, i);
return null;
複製程式碼- 此處無複雜的原始碼分析，但此處的分析點主要有2個：替換流程 &
key是否存在（即key值的對比）
分析1：替換流程
具體如下圖：
分析2：key值的比較
採用 equals（） 或 "==" 進行比較，下面給出其介紹 & 與 “==”使用的對比
分析5：若對應的key不存在，則將該“key-value”新增到陣列table的對應位置中
- 函式原始碼分析如下
/**
* 函式使用原型
*/
// 2. 判斷該key對應的值是否已存在
for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) {
Object k;
// 2.1 若該key對應的值已存在，則用新的value取代舊的value
if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {
V oldValue = e.value;
e.value = value;
e.recordAccess(this);
return oldValue;
}
}
modCount++;
// 2.2 若 該key對應的值不存在，則將“key-value”新增到table中
addEntry(hash, key, value, i);
/**
* 原始碼分析：addEntry(hash, key, value, i)
* 作用：新增鍵值對（Entry ）到 HashMap中
*/
void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
// 引數3 = 插入陣列table的索引位置 = 陣列下標
// 1. 插入前，先判斷容量是否足夠
// 1.1 若不足夠，則進行擴容（2倍）、重新計算Hash值、重新計算儲存陣列下標
if ((size >= threshold) && (null != table[bucketIndex])) {
resize(2 * table.length); // a. 擴容2倍 --> 分析1
hash = (null != key) ? hash(key) : 0; // b. 重新計算該Key對應的hash值
bucketIndex = indexFor(hash, table.length); // c. 重新計算該Key對應的hash值的儲存陣列下標位置
}
// 1.2 若容量足夠，則建立1個新的陣列元素（Entry） 並放入到陣列中--> 分析2
createEntry(hash, key, value, bucketIndex);
}
/**
* 分析1：resize(2 * table.length)
* 作用：當容量不足時（容量 > 閾值），則擴容（擴到2倍）
*/
void resize(int newCapacity) {
// 1. 儲存舊陣列（old table）
Entry[] oldTable = table;
// 2. 儲存舊容量（old capacity ），即陣列長度
int oldCapacity = oldTable.length;
// 3. 若舊容量已經是系統預設最大容量了，那麼將閾值設定成整型的最大值，退出
if (oldCapacity == MAXIMUM_CAPACITY) {
threshold = Integer.MAX_VALUE;
return;
}
// 4. 根據新容量（2倍容量）新建1個陣列，即新table
Entry[] newTable = new Entry[newCapacity];
// 5. 將舊陣列上的資料（鍵值對）轉移到新table中，從而完成擴容 ->>分析1.1
transfer(newTable);
// 6. 新陣列table引用到HashMap的table屬性上
table = newTable;
// 7. 重新設定閾值
threshold = (int)(newCapacity * loadFactor);
}
/**
* 分析1.1：transfer(newTable);
* 作用：將舊陣列上的資料（鍵值對）轉移到新table中，從而完成擴容
* 過程：按舊連結串列的正序遍歷連結串列、在新連結串列的頭部依次插入
*/
void transfer(Entry[] newTable) {
// 1. src引用了舊陣列
Entry[] src = table;
// 2. 獲取新陣列的大小 = 獲取新容量大小
int newCapacity = newTable.length;
// 3. 通過遍歷 舊陣列，將舊陣列上的資料（鍵值對）轉移到新陣列中
for (int j = 0; j < src.length; j++) {
// 3.1 取得舊陣列的每個元素
Entry<K,V> e = src[j];
if (e != null) {
// 3.2 釋放舊陣列的物件引用（for迴圈後，舊陣列不再引用任何物件）
src[j] = null;
do {
// 3.3 遍歷 以該陣列元素為首 的連結串列
// 注：轉移連結串列時，因是單連結串列，故要儲存下1個結點，否則轉移後連結串列會斷開
Entry<K,V> next = e.next;
// 3.4 重新計算每個元素的儲存位置
int i = indexFor(e.hash, newCapacity);
// 3.5 將元素放在陣列上：採用單連結串列的頭插入方式 = 在連結串列頭上存放資料 = 將陣列位置的原有資料放在後1個指標、將需放入的資料放到陣列位置中
// 即 擴容後，可能出現逆序：按舊連結串列的正序遍歷連結串列、在新連結串列的頭部依次插入
e.next = newTable[i];
newTable[i] = e;
// 3.6 訪問下1個Entry鏈上的元素，如此不斷迴圈，直到遍歷完該連結串列上的所有節點
e = next;
} while (e != null);
// 如此不斷迴圈，直到遍歷完陣列上的所有資料元素
}
}
}
/**
* 分析2：createEntry(hash, key, value, bucketIndex);
* 作用： 若容量足夠，則建立1個新的陣列元素（Entry） 並放入到陣列中
*/
void createEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
// 1. 把table中該位置原來的Entry儲存
Entry<K,V> e = table[bucketIndex];
// 2. 在table中該位置新建一個Entry：將原頭結點位置（陣列上）的鍵值對 放入到（連結串列）後1個節點中、將需插入的鍵值對 放入到頭結點中（陣列上）-> 從而形成連結串列
// 即 在插入元素時，是在連結串列頭插入的，table中的每個位置永遠只儲存最新插入的Entry，舊的Entry則放入到連結串列中（即 解決Hash衝突）
table[bucketIndex] = new Entry<>(hash, key, value, e);
// 3. 雜湊表的鍵值對數量計數增加
size++;
}
複製程式碼此處有2點需特別注意：鍵值對的新增方式 & 擴容機制
1. 鍵值對的新增方式：單連結串列的頭插法
- 即 將該位置（陣列上）原來的資料放在該位置的（連結串列）下1個節點中（next）、在該位置（陣列上）放入需插入的資料-> 從而形成連結串列
- 如下示意圖
2. 擴容機制
- 具體流程如下：
- 擴容過程中的轉移資料示意圖如下
在擴容resize（）過程中，在將舊陣列上的資料 轉移到 新陣列上時，轉移操作 = 按舊連結串列的正序遍歷連結串列、在新連結串列的頭部依次插入，即在轉移資料、擴容後，容易出現連結串列逆序的情況
設重新計算儲存位置後不變，即擴容前 = 1->2->3，擴容後 = 3->2->1
- 此時若（多執行緒）併發執行 put（）操作，一旦出現擴容情況，則 容易出現 環形連結串列，從而在獲取資料、遍歷連結串列時 形成死迴圈（Infinite Loop），即 死鎖的狀態 = 執行緒不安全
下面最後1節會對上述情況詳細說明
總結
- 向
HashMap新增資料（成對 放入 鍵 - 值對）的全流程
- 示意圖
至此，關於 “向 HashMap 新增資料（成對 放入 鍵 - 值對）“講解完畢
步驟3：從HashMap中獲取資料
- 假如理解了上述
put（）函式的原理，那麼get（）函式非常好理解，因為二者的過程原理幾乎相同 get（）函式的流程如下：
- 具體原始碼分析如下
/**
* 函式原型
* 作用：根據鍵key，向HashMap獲取對應的值
*/
map.get(key)；
/**
* 原始碼分析
*/
public V get(Object key) {
// 1. 當key == null時，則到 以雜湊表陣列中的第1個元素（即table[0]）為頭結點的連結串列去尋找對應 key == null的鍵
if (key == null)
return getForNullKey(); --> 分析1
// 2. 當key ≠ null時，去獲得對應值 -->分析2
Entry<K,V> entry = getEntry(key);
return null == entry ? null : entry.getValue();
}
/**
* 分析1：getForNullKey()
* 作用：當key == null時，則到 以雜湊表陣列中的第1個元素（即table[0]）為頭結點的連結串列去尋找對應 key == null的鍵
*/
private V getForNullKey() {
if (size == 0) {
return null;
}
// 遍歷以table[0]為頭結點的連結串列，尋找 key==null 對應的值
for (Entry<K,V> e = table[0]; e != null; e = e.next) {
// 從table[0]中取key==null的value值
if (e.key == null)
return e.value;
}
return null;
}
/**
* 分析2：getEntry(key)
* 作用：當key ≠ null時，去獲得對應值
*/
final Entry<K,V> getEntry(Object key) {
if (size == 0) {
return null;
}
// 1. 根據key值，通過hash（）計算出對應的hash值
int hash = (key == null) ? 0 : hash(key);
// 2. 根據hash值計算出對應的陣列下標
// 3. 遍歷 以該陣列下標的陣列元素為頭結點的連結串列所有節點，尋找該key對應的值
for (Entry<K,V> e = table[indexFor(hash, table.length)]; e != null; e = e.next) {
Object k;
// 若 hash值 & key 相等，則證明該Entry = 我們要的鍵值對
// 通過equals（）判斷key是否相等
if (e.hash == hash &&
((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
return e;
}
return null;
}
複製程式碼至此，關於 “向 HashMap 獲取資料 “講解完畢
步驟4：對HashMap的其他操作
即 對其餘使用
API（函式、方法）的原始碼分析
HashMap除了核心的put（）、get（）函式，還有以下主要使用的函式方法
void clear(); // 清除雜湊表中的所有鍵值對
int size(); // 返回雜湊表中所有 鍵值對的數量 = 陣列中的鍵值對 + 連結串列中的鍵值對
boolean isEmpty(); // 判斷HashMap是否為空；size == 0時 表示為 空
void putAll(Map<? extends K, ? extends V> m); // 將指定Map中的鍵值對 複製到 此Map中
V remove(Object key); // 刪除該鍵值對
boolean containsKey(Object key); // 判斷是否存在該鍵的鍵值對；是 則返回true
boolean containsValue(Object value); // 判斷是否存在該值的鍵值對；是 則返回true
複製程式碼- 下面將簡單介紹上面幾個函式的原始碼分析
/**
* 函式：isEmpty()
* 作用：判斷HashMap是否為空，即無鍵值對；size == 0時 表示為 空
*/
public boolean isEmpty() {
return size == 0;
}
/**
* 函式：size()
* 作用：返回雜湊表中所有 鍵值對的數量 = 陣列中的鍵值對 + 連結串列中的鍵值對
*/
public int size() {
return size;
}
/**
* 函式：clear()
* 作用：清空雜湊表，即刪除所有鍵值對
* 原理：將陣列table中儲存的Entry全部置為null、size置為0
*/
public void clear() {
modCount++;
Arrays.fill(table, null);
size = 0;
}
/**
* 函式：putAll(Map<? extends K, ? extends V> m)
* 作用：將指定Map中的鍵值對 複製到 此Map中
* 原理：類似Put函式
*/
public void putAll(Map<? extends K, ? extends V> m) {
// 1. 統計需複製多少個鍵值對
int numKeysToBeAdded = m.size();
if (numKeysToBeAdded == 0)
return;
// 2. 若table還沒初始化，先用剛剛統計的複製數去初始化table
if (table == EMPTY_TABLE) {
inflateTable((int) Math.max(numKeysToBeAdded * loadFactor, threshold));
}
// 3. 若需複製的數目 > 閾值，則需先擴容
if (numKeysToBeAdded > threshold) {
int targetCapacity = (int)(numKeysToBeAdded / loadFactor + 1);
if (targetCapacity > MAXIMUM_CAPACITY)
targetCapacity = MAXIMUM_CAPACITY;
int newCapacity = table.length;
while (newCapacity < targetCapacity)
newCapacity <<= 1;
if (newCapacity > table.length)
resize(newCapacity);
}
// 4. 開始複製（實際上不斷呼叫Put函式插入）
for (Map.Entry<? extends K, ? extends V> e : m.entrySet())
put(e.getKey(), e.getValue());
}
/**
* 函式：remove(Object key)
* 作用：刪除該鍵值對
*/
public V remove(Object key) {
Entry<K,V> e = removeEntryForKey(key);
return (e == null ? null : e.value);
}
final Entry<K,V> removeEntryForKey(Object key) {
if (size == 0) {
return null;
}
// 1. 計算hash值
int hash = (key == null) ? 0 : hash(key);
// 2. 計算儲存的陣列下標位置
int i = indexFor(hash, table.length);
Entry<K,V> prev = table[i];
Entry<K,V> e = prev;
while (e != null) {
Entry<K,V> next = e.next;
Object k;
if (e.hash == hash &&
((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) {
modCount++;
size--;
// 若刪除的是table陣列中的元素（即連結串列的頭結點）
// 則刪除操作 = 將頭結點的next引用存入table[i]中
if (prev == e)
table[i] = next;
//否則 將以table[i]為頭結點的連結串列中，當前Entry的前1個Entry中的next 設定為 當前Entry的next（即刪除當前Entry = 直接跳過當前Entry）
else
prev.next = next;
e.recordRemoval(this);
return e;
}
prev = e;
e = next;
}
return e;
}
/**
* 函式：containsKey(Object key)
* 作用：判斷是否存在該鍵的鍵值對；是 則返回true
* 原理：呼叫get（），判斷是否為Null
*/
public boolean containsKey(Object key) {
return getEntry(key) != null;
}
/**
* 函式：containsValue(Object value)
* 作用：判斷是否存在該值的鍵值對；是 則返回true
*/
public boolean containsValue(Object value) {
// 若value為空，則呼叫containsNullValue()
if (value == null)
return containsNullValue();
// 若value不為空，則遍歷連結串列中的每個Entry，通過equals（）比較values 判斷是否存在
Entry[] tab = table;
for (int i = 0; i < tab.length ; i++)
for (Entry e = tab[i] ; e != null ; e = e.next)
if (value.equals(e.value))
return true;//返回true
return false;
}
// value為空時呼叫的方法
private boolean containsNullValue() {
Entry[] tab = table;
for (int i = 0; i < tab.length ; i++)
for (Entry e = tab[i] ; e != null ; e = e.next)
if (e.value == null)
return true;
return false;
}
複製程式碼至此，關於HashMap的底層原理 & 主要使用API（函式、方法）講解完畢。
6. 原始碼總結
下面，用3個圖總結整個原始碼內容：
總結內容 = 資料結構、主要引數、新增 & 查詢資料流程、擴容機制
-
資料結構 & 主要引數
-
新增 & 查詢資料流程
-
擴容機制
7. 與 JDK 1.8的區別
HashMap 的實現在 JDK 1.7 和 JDK 1.8 差別較大，具體區別如下
JDK 1.8的優化目的主要是：減少Hash衝突 & 提高雜湊表的存、取效率；關於JDK 1.8中HashMap的原始碼解析請看文章：Java原始碼分析：關於 HashMap 1.8 的重大更新
7.1 資料結構
7.2 存入資料時（獲取資料 類似）
7.3 擴容機制
8. 額外補充：關於HashMap的其他問題
- 有幾個小問題需要在此補充
- 具體如下
8.1 雜湊表如何解決Hash衝突
8.2 為什麼HashMap具備下述特點：鍵-值（key-value）都允許為空、執行緒不安全、不保證有序、儲存位置隨時間變化
- 具體解答如下
-
下面主要講解
HashMap執行緒不安全的其中一個重要原因：多執行緒下容易出現resize（）死迴圈 本質 = 併發 執行put（）操作導致觸發 擴容行為，從而導致 環形連結串列，使得在獲取資料遍歷連結串列時形成死迴圈，即Infinite Loop -
先看擴容的原始碼分析
resize（）
關於resize（）的原始碼分析已在上文詳細分析，此處僅作重點分析：transfer（）
/**
* 原始碼分析：resize(2 * table.length)
* 作用：當容量不足時（容量 > 閾值），則擴容（擴到2倍）
*/
void resize(int newCapacity) {
// 1. 儲存舊陣列（old table）
Entry[] oldTable = table;
// 2. 儲存舊容量（old capacity ），即陣列長度
int oldCapacity = oldTable.length;
// 3. 若舊容量已經是系統預設最大容量了，那麼將閾值設定成整型的最大值，退出
if (oldCapacity == MAXIMUM_CAPACITY) {
threshold = Integer.MAX_VALUE;
return;
}
// 4. 根據新容量（2倍容量）新建1個陣列，即新table
Entry[] newTable = new Entry[newCapacity];
// 5. （重點分析）將舊陣列上的資料（鍵值對）轉移到新table中，從而完成擴容 ->>分析1.1
transfer(newTable);
// 6. 新陣列table引用到HashMap的table屬性上
table = newTable;
// 7. 重新設定閾值
threshold = (int)(newCapacity * loadFactor);
}
/**
* 分析1.1：transfer(newTable);
* 作用：將舊陣列上的資料（鍵值對）轉移到新table中，從而完成擴容
* 過程：按舊連結串列的正序遍歷連結串列、在新連結串列的頭部依次插入
*/
void transfer(Entry[] newTable) {
// 1. src引用了舊陣列
Entry[] src = table;
// 2. 獲取新陣列的大小 = 獲取新容量大小
int newCapacity = newTable.length;
// 3. 通過遍歷 舊陣列，將舊陣列上的資料（鍵值對）轉移到新陣列中
for (int j = 0; j < src.length; j++) {
// 3.1 取得舊陣列的每個元素
Entry<K,V> e = src[j];
if (e != null) {
// 3.2 釋放舊陣列的物件引用（for迴圈後，舊陣列不再引用任何物件）
src[j] = null;
do {
// 3.3 遍歷 以該陣列元素為首 的連結串列
// 注：轉移連結串列時，因是單連結串列，故要儲存下1個結點，否則轉移後連結串列會斷開
Entry<K,V> next = e.next;
// 3.3 重新計算每個元素的儲存位置
int i = indexFor(e.hash, newCapacity);
// 3.4 將元素放在陣列上：採用單連結串列的頭插入方式 = 在連結串列頭上存放資料 = 將陣列位置的原有資料放在後1個指標、將需放入的資料放到陣列位置中
// 即 擴容後，可能出現逆序：按舊連結串列的正序遍歷連結串列、在新連結串列的頭部依次插入
e.next = newTable[i];
newTable[i] = e;
// 訪問下1個Entry鏈上的元素，如此不斷迴圈，直到遍歷完該連結串列上的所有節點
e = next;
} while (e != null);
// 如此不斷迴圈，直到遍歷完陣列上的所有資料元素
}
}
}
複製程式碼從上面可看出：在擴容resize（）過程中，在將舊陣列上的資料 轉移到 新陣列上時，轉移資料操作 = 按舊連結串列的正序遍歷連結串列、在新連結串列的頭部依次插入，即在轉移資料、擴容後，容易出現連結串列逆序的情況
設重新計算儲存位置後不變，即擴容前 = 1->2->3，擴容後 = 3->2->1
- 此時若（多執行緒）併發執行
put（）操作，一旦出現擴容情況，則 容易出現 環形連結串列，從而在獲取資料、遍歷連結串列時 形成死迴圈（Infinite Loop），即 死鎖的狀態，具體請看下圖：
初始狀態、步驟1、步驟2
注：由於 JDK 1.8 轉移資料操作 = 按舊連結串列的正序遍歷連結串列、在新連結串列的尾部依次插入，所以不會出現連結串列 逆序、倒置的情況，故不容易出現環形連結串列的情況。
但
JDK 1.8還是執行緒不安全，因為 無加同步鎖保護
8.3 為什麼 HashMap 中 String、Integer 這樣的包裝類適合作為 key 鍵
8.4 HashMap 中的 key若 Object型別， 則需實現哪些方法？
至此，關於HashMap的所有知識講解完畢。
9. 總結
- 本文主要講解
Java的HashMap原始碼 & 相關知識 - 下面我將繼續對
Java、Android中的其他知識 深入講解 ，有興趣可以繼續關注Carson_Ho的安卓開發筆記