如何用源碼分析Java HashMap實例

本篇文章為大家展示了如何用源碼分析Java HashMap實例，內容簡明扼要并且容易理解，絕對能使你眼前一亮，通過這篇文章的詳細介紹希望你能有所收獲。

引言

HashMap在鍵值對存儲中被經常使用，那么它到底是如何實現鍵值存儲的呢？

一 Entry

Entry是Map接口中的一個內部接口，它是實現鍵值對存儲關鍵。在HashMap中，有Entry的實現類，叫做Entry。Entry類很簡 單，里面包含key，value，由外部引入的hash，還有指向下一個Entry對象的引用，和數據結構中學的鏈表中的note節點很類似。

Entry類的屬性和構造函數:

final K key; V value; Entry<K,V> next; int hash; /** * Creates new entry. */ Entry(int h, K k, V v, Entry<K,V> n) { value = v; next = n; key = k; hash = h; }

二 HashMap的初始化

//HashMap構造方法 public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) { if (initialCapacity < 0)   throw new IllegalArgumentException("Illegal initial capacity: " +              initialCapacity); if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY)   initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY; if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor))   throw new IllegalArgumentException("Illegal load factor: " +              loadFactor); this.loadFactor = loadFactor; threshold = initialCapacity; init(); }

這是HashMap的構造函數之一，其他構造函數都引用這個構造函數進行初始化。參數InitialCapacity指的是HashMap中 table數組最初的大小，參數loadFactory指的是HashMap可容納鍵值對與數組長度的比值（舉個例子：數組長度默認值為 16，loadFactory默認值為0.75，如果HashMap中存儲的鍵值對即Entry多于12，則會進行擴容，擴容后大小為當前數組長度的2 倍）。在構造函數中不會對數組進行初始化，只有在put等操作方法內會進行判斷是否要初始化或擴容。

三 table數組

在HashMap中有一個概念叫做threshold(實際可容納量)，實際可容納量指的是在HashMap中允許存在最多的Entry的個數，它 是由HashMap中內置的數組table的長度*load factory(負載因子)得來。其作用是保證HashMap的效率。

table數組是HashMap實現鍵值對存儲的又一關鍵，具體鍵值對是怎么存的呢？請看下圖

如圖中的[key，value]就是Entry對象來實現的，而table數組是用來存放Entry對象的。

//數組的初始化：

private static int roundUpToPowerOf2(int number) { return number >= MAXIMUM_CAPACITY    ? MAXIMUM_CAPACITY    : (number > 1) ? Integer.highestOneBit((number - 1) << 1) : 1; } private void inflateTable(int toSize) { // Find a power of 2 >= toSize int capacity = roundUpToPowerOf2(toSize); threshold = (int) Math.min(capacity * loadFactor, MAXIMUM_CAPACITY + 1); table = new Entry[capacity]; initHashSeedAsNeeded(capacity); }

在put等方法中發現數組未進行初始化時會調用InflateTable方法進行初始化，輸入參數為初始設置的InitialCapacity，實 際上他會調用roundUpToPowerOf2方法返回一個比初始容量大的最小的2的冪數（其中一個原因是在得到Entry所在數組位置時方便）。

四 put方法

public V put(K key, V value) { if (table == EMPTY_TABLE) {   inflateTable(threshold); } if (key == null)   return putForNullKey(value); int hash = hash(key); int i = indexFor(hash, table.length); for (Entry<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; } private V putForNullKey(V value) { 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++; addEntry(0, null, value, 0); return null; } void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) { if ((size >= threshold) && (null != table[bucketIndex])) {   resize(2 * table.length);   hash = (null != key) ? hash(key) : 0;   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); size++; }

在put方法中

1. 首先會判斷數組是否為空，如果為空會對數組進行初始化。

2. 接下來判斷key是否為null，如果為null就采用第二個方法對鍵值對進行put。

3. 接下來對key進行hash得到一個數值，再對這個數值進行處理（IndexFor方法）得到所在數組中的位置。

4. 接下來會遍歷所在數組位置的鏈表，如果key的hash和傳入key的hash相同且（key內存地址相等 或 equals方法相等），則意味著會更新在鏈表中的value值，并返回舊的value值。

5. 如果上邊的方法都沒有奏效，則會調用第三個方法，創建一個新的Entry對象。

在putForNullKey方法中 ，我們看到它是為了NULL值專門設置的，NULL值的hash始終為0，所以key為NULL的Entry對象肯定在數組的第0個位置。同樣，如果找到則更新，沒有找到則添加。

調用addEntry方法  意味著要往這個數組鏈表中添加一個Entry，所以會在最開始判斷已經存在的Entry數量是否超過了實際可容納量。如果超過了，則會調用resize方 法將數組擴大兩倍，注意在擴大之后會對已經存入的Entry進行重排，原因是當初存入時IndexFor方法與數組長度有關系。接著會調用第四個方法。

createEntry方法 很簡單，就是將原本在數組中存放的鏈表頭置入到新的Entry之后，將新的Entry放入數組中。從這里我們可以看出HashMap不保證順序問題。

get方法和contains方法原理和put方法一致，即先通過對key的hash得到其value值所在的鏈表頭在數組中的位置，再通過equals方法判斷value是否存在。

五 其他

//hash方法 final int hash(Object k) { int h = hashSeed; if (0 != h && k instanceof String) {   return sun.misc.Hashing.stringHash42((String) k); } h ^= k.hashCode(); // This function ensures that hashCodes that differ only by // constant multiples at each bit position have a bounded // number of collisions (approximately 8 at default load factor). h ^= (h >>> 20) ^ (h >>> 12); return h ^ (h >>> 7) ^ (h >>> 4); }

hash方法中最終返回值與key的hashCode方法有關。

總結

1. 最終數組初始化的容量大小會是大于等于你傳入初始容量的最小2的冪數。

2. key為null或value為null能存入HashMap的原因是對null值會進行單獨的操作。

3. 在table數組中的鏈表中每個Entry的共同點是key的hash(key.hashCode)部分相同。

4. 注意對key的hashCode和equals方法的重寫當你想讓兩個key映射一個對象，因為判定key相等的條件是（hashCode相等+（內存相等 或 equals相等））。

5. 最早存入的鍵值對會在鏈表的末端。

6. 當數組沒有鏈表存在時，HashMap性能***為O(1)。而最差為O(threshould)。

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