标签：hashmap
HashMap是JAVA抽象出来存储键值对的集合，它的底层是哈希表，有哈希表就会有冲突，所以HashMap用单链表解决冲突，也就是拉链法。
HashMap是不安全的，在多线程的环境下可用ConcurrentHashMap，或者利用Collections工具类中的同步方法。
先不急于说明其他的，我们先来分析一下单链表的构造
static class Entry<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
final K key;//存放键值对的键
V value; //存放值
Entry<K,V> next;//存放链表中下一节点的地址
final int hash; //存放hash值
/**
* 创建一个新的entry
*/
Entry(int h, K k, V v, Entry<K,V> n) {
value = v;
next = n;
key = k;
hash = h;
}
public final K getKey() {
return key;
}
public final V getValue() {
return value;
}
//当key存在时，用新值替换旧值，返回旧值
public final V setValue(V newValue) {
V oldValue = value;
value = newValue;
return oldValue;
}
//判断两个节点是否相等
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();
//如果两个的键和值都相等才会返回true
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;
}
public final int hashCode() {
return (key==null ? 0 : key.hashCode()) ^
(value==null ? 0 : value.hashCode());
}
public final String toString() {
return getKey() + "=" + getValue();
}
//当向HashMap中put键值对时，如果对应的键已经存在，则会调用此函数
void recordAccess(HashMap<K,V> m) {
}
//当删除HashMap中的某个值时，会调用此函数
void recordRemoval(HashMap<K,V> m) {
}
}
接着我们来看看几个比较重要的成员变量
//默认的初始容量，注意到是2的幂
static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 16;
//默认最大容量，2的30次方
static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;
// 默认的加载因子
static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;
//存放单链表头结点的哈希数组
transient Entry[] table;
//实际存放的值
transient int size;
//HashMap的阈值，如果超出阈值，则需要扩容（加载因子*容量）
int threshold;
/*加载因子的实际大小加载因子是表示Hash表中元素的填满的程度
加载因子越大，填满的元素越多，好处是空间利用率高了，但冲突大了，链表很长，查找效率低;加载因子越小，填满的元素就越小，冲突小了，但是空间却浪费了。一般不设置*/
final float loadFactor;
//HashMap被修改的次数
transient volatile int modCount;这里提到了HashMap的容量是2的幂，当然还有数组的长度也必须为2的幂，稍后我们会说明这一点。
接下来是构造函数，HashMap一共有四个构造函数，我们来逐一分析：
public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {
//容量小于0会抛出异常
if (initialCapacity < 0)
throw new IllegalArgumentException("Illegal initial capacity: " + initialCapacity);
//如果初始化的容量大于默认的最大容量，则用其替换
if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY)
initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY;
//加载因子小于0，或者是一个NaN会抛出异常
if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor))
throw new IllegalArgumentException("Illegal load factor: " +
loadFactor);
//找到大于指定容量的最小的2次幂
int capacity = 1;
while (capacity < initialCapacity)
capacity <<= 1;
this.loadFactor = loadFactor;
//边界等于容量*加载因子
threshold = (int)(capacity * loadFactor);
//初始化哈希数组
table = new Entry[capacity];
init();
}
//如果单独指定容量，会调用上面那个构造函数
public HashMap(int initialCapacity) {
this(initialCapacity, DEFAULT_LOAD_FACTOR);
}//给成员变量赋值，都是默认的初始值
public HashMap() {
this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR;
threshold = (int)(DEFAULT_INITIAL_CAPACITY * DEFAULT_LOAD_FACTOR);
table = new Entry[DEFAULT_INITIAL_CAPACITY];
init();
}//参数是map，需要将m中的所有元素拷贝到HashMap中
public HashMap(Map<? extends K, ? extends V> m) {
this(Math.max((int) (m.size() / DEFAULT_LOAD_FACTOR) + 1,
DEFAULT_INITIAL_CAPACITY), DEFAULT_LOAD_FACTOR);
putAllForCreate(m);
}计算hash值和数组的索引位置
//计算哈希值的方法，JDK这么做一定有其理由
static int hash(int h) {
h ^= (h >>> 20) ^ (h >>> 12);
return h ^ (h >>> 7) ^ (h >>> 4);
} static int indexFor(int h, int length) {
return h & (length-1);
}我们来分析一下这个 h & (length-1) 的用意
这个写法很巧妙，保证了计算出来的索引不会大于数组的长度，另一方面也回答了我们最开始的那个疑惑：为什么数组的长度要设置为2的次方，因为如果是2的次方，h&（length-1）就相当于对length取模，这也保证了散列的均匀；另外如果是2的次方，说明了length末位是偶数，那么减一就是奇数，h奇数偶数都有可能，所以这样使得h&（length-1）每种可能都会出现，相反如果length-1是偶数的话，无论h是什么值，最后一位总会是0，那么取模后浪费一半的空间。
接下来我们分析HashMap中最重要的put和get方法
public V put(K key, V value) {
//若key为null，直接调用putForNullKey方法
if (key == null)
return putForNullKey(value);
//计算哈希值
int hash = hash(key.hashCode());
//确定在数组中的索引位置
int i = indexFor(hash, table.length);
//从索引位置处，开始遍历单链表，当key值存在时，用新值替换旧值
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;
}
}
//对hashMap的修改次数加1，这个的作用我们稍后就会看到
modCount++;
//添加到单链表中
addEntry(hash, key, value, i);
return null;
}
//key为null的情况，我们发现当put的值为null时，会将其放置在哈希数组的第一个元素
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) {
//首先将链表头结点保存起来，然后将新值插入头结点的前方
Entry<K,V> e = table[bucketIndex];
table[bucketIndex] = new Entry<K,V>(hash, key, value, e);
//如果实际容量大于边界值，则会扩容，关于扩容我们稍后会说
if (size++ >= threshold)
resize(2 * table.length);
}接下来是分析get方法
public V get(Object key) {
//类似get，当key为null时，我们调用getForNullKey方法
if (key == null)
return getForNullKey();
int hash = hash(key.hashCode());
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.equals(k)))
return e.value;
}
//没找到会返回null
return null;
} //当key为null时，我们只需要在数组的第一个元素后面的单链表搜索即可
private V getForNullKey() {
for (Entry<K,V> e = table[0]; e != null; e = e.next) {
if (e.key == null)
return e.value;
}
return null;
}
从put方法我们可以看出，传递给resize的方法是2倍的哈希数组的长度
void resize(int newCapacity) {
//首先确定容量是否达到了最大值，如果达到了最大值，则直接返回不在扩容
Entry[] oldTable = table;
int oldCapacity = oldTable.length;
if (oldCapacity == MAXIMUM_CAPACITY) {
threshold = Integer.MAX_VALUE;
return;
}
//生成一个新的数组，容量是原来的2倍
Entry[] newTable = new Entry[newCapacity];
//将原来数组中的值拷贝到扩容后的数组中
transfer(newTable);
//将新的哈希数组的首地址赋给原有的数组
table = newTable;
//重新计算边界
threshold = (int)(newCapacity * loadFactor);
} void transfer(Entry[] newTable) {
//这里进行的是将原数组拷贝到先由数组中
Entry[] src = table;
int newCapacity = newTable.length;
for (int j = 0; j < src.length; j++) {
Entry<K,V> e = src[j];
if (e != null) {
src[j] = null;
do {
Entry<K,V> next = e.next;
//重新计算索引，因为数组长度变了
int i = indexFor(e.hash, newCapacity);
e.next = newTable[i];
newTable[i] = e;
e = next;
} while (e != null);
}
}
}总结：
HashMap的put方法是传入需要put的键值对，首先判断键是否为null
如果为null：则直接在哈希数组首位元素的单链表中搜索，如果键为null的存在，则用新值替换旧值，否则直接插入。
如果不为null：则计算键的hash值，然后根据哈希值和数组长度计算要插入的索引，然后在单链表中判断是否存在，如果存在替换旧值，不存在插入新值
要注意的是，插入的时候，都是头插（在头结点之前插入）
HashMap的get方法类似put，这里不再解释
关于扩容，我们发现扩大的容量是原来数组的两倍，然后有要重新计算索引位置，接着是复制数组。这是非常耗性能的，所以在使用HashMap时，最好能提前给出大概的一个容量，提高HashMap的性能
HashMap有keySet，values，entrySet方法，分别返回HashMap中所有键的组合，所有值的组合，所有键值对的组合。
我们现在来分析一下这些的源码是如何实现的
首先来看看keySet
public Set<K> keySet() {
//keySet是AbstractMap中的成员变量，默认为null
Set<K> ks = keySet;
return (ks != null ? ks : (keySet = new KeySet()));
}
//内部类实现KeySet，并重写部分方法
private final class KeySet extends AbstractSet<K> {
public Iterator<K> iterator() {
return newKeyIterator();
}
public int size() {
return size;
}
public boolean contains(Object o) {
return containsKey(o);
}
public boolean remove(Object o) {
return HashMap.this.removeEntryForKey(o) != null;
}
public void clear() {
HashMap.this.clear();
}
}//我们来关注一下Iterator方法
Iterator<K> newKeyIterator() {
//返回一个key的迭代器
return new KeyIterator();
}
private final class KeyIterator extends HashIterator<K> {
//重写Iterator中的next()方法
public K next() {
/*
* 这里的nextEntry()是HashIterator中定义的方法
* nextEntry返回一个链表的下一个节点，然后调用getKey获取键
*/
return nextEntry().getKey();
}
}/**
* 自定义的HashIterator类，因为没有实现Iterator中的next方法，所以是抽象类
*/
private abstract class HashIterator<E> implements Iterator<E> {
Entry<K,V> next; // 下一个节点
int expectedModCount; // 提供fast-fail机制
int index; // 当前的索引
Entry<K,V> current; // 当前的节点
HashIterator() {
expectedModCount = modCount;
if (size > 0) { // advance to first entry
Entry[] t = table;
//找到数组中第一个不为null的节点
while (index < t.length && (next = t[index++]) == null)
;
}
}
//判断后续是否还有节点
public final boolean hasNext() {
return next != null;
}
//下一个节点
final Entry<K,V> nextEntry() {
if (modCount != expectedModCount)
throw new ConcurrentModificationException();
Entry<K,V> e = next;
if (e == null)
throw new NoSuchElementException();
//如果下一个节点不为空，就将下一个节点赋给next
//否则在数组中找到下一个不为null的元素，即下一条链表
if ((next = e.next) == null) {
Entry[] t = table;
while (index < t.length && (next = t[index++]) == null)
;
}
current = e;
return e;
}
//删除元素
public void remove() {
if (current == null)
throw new IllegalStateException();
if (modCount != expectedModCount)
throw new ConcurrentModificationException();
Object k = current.key;
current = null;
//删除元素，类似单链表删除头结点
HashMap.this.removeEntryForKey(k);
expectedModCount = modCount;
}
}ps：疑问来了，在这里面定义的迭代器有什么用，类都是私有的？
比如我们输出的时候是new HashMap().keySet()，输出的时候，会自动调用父类（AbstractCollection）重写的toString方法，该方法会自动调用迭代器。
在HashIterator类中，我们看到了大量的比较modCount 和expectedModCount是否相等的语句，不知道各位是否还记得前面提出的一个问题，modCount有什么用？
modCount是volatile的，所以是对所有线程可见的（Volatile之所以是线程安全的，是因为保存的变量不保存缓存，都是直接在内存中的，所以可以保证线程之间的可见性）。
因为HashMap不是线程安全的，所以当一个线程在遍历HashMap的时候，另一个线程修改了HashMap，就会抛出ConcurrentModificationException异常。
所以这里我们用到了Fail-fast机制：
在最开始的时候，我们将modCount赋给expectedModCount，后面操作的时候，一旦发现这两个值不相等，就说明有线程修改了HashMap（导致modCount增加）
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标签：hashmap
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