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5.1、对于HashMap需要掌握以下几点
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Map的创建：HashMap()
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往Map中添加键值对：即put(Object key, Object value)方法
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获取Map中的单个对象：即get(Object key)方法
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删除Map中的对象：即remove(Object key)方法
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判断对象是否存在于Map中：containsKey(Object key)
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遍历Map中的对象：即keySet()，在实际中更常用的是增强型的for循环去做遍历
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Map中对象的排序：主要取决于所采取的排序算法
5.2、构建HashMap
源代码：
一些属性：
static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 16; // 默认的初始化容量（必须是2的多少次方） static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30; // 最大指定容量为2的30次方 static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f; // 默认的加载因子（用于resize） transient Entry[] table;// Entry数组（数组容量必须是2的多少次方，若有必要会扩容resize）--这就是HashMap的底层数据结构 transient int size; // 该map中存放的key-value对个数，该个数决定了数组的扩容（而非table中的所占用的桶的个数来决定是否扩容） // 扩容resize的条件:eg.capacity=16,load_factor=0.75,threshold=capacity*load_factor=12,即当该map中存放的key-value对个数size>=12时，就resize） int threshold; final float loadFactor; // 负载因子（用于resize） transient volatile int modCount;// 标志位，用于标识并发问题，主要用于迭代的快速失败（在迭代过程中，如果发生了put（添加而不是更新的时候）、remove操作，该值发生变化，快速失败）
注意：
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map中存放的key-value对个数size，该个数决定了数组的扩容（size>=threshold时，扩容），而非table中的所占用的桶的个数来决定是否扩容
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标志位modCount采用volatile实现该变量的线程可见性（之后会在"Java并发"章节中去讲）
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数组中的桶，指的就是table[i]
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threshold默认为0.75，这是综合时间和空间的利用率来考虑的，通常不要变，如果该值过大，可能会造成链表太长，导致get、put等操作缓慢；如果太小，空间利用率不足。
无参构造器（也是当下最常用的构造器）
/**
* 初始化一个负载因子、resize条件和Entry数组
*/
public HashMap() {
this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR;// 负载因子：0.75
threshold = (int) (DEFAULT_INITIAL_CAPACITY * DEFAULT_LOAD_FACTOR);//当该map中存放的key-value对个数size>=12时，就resize
table = new Entry[DEFAULT_INITIAL_CAPACITY];// 设置Entry数组容量为16
init();
}
注意：
-
init()为空方法
对于hashmap而言，还有两个比较常用的构造器，一个双参，一个单参。
/**
* 指定初始容量和负载因子
*/
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))//loadFactor<0或者不是一个值
throw new IllegalArgumentException("Illegal load factor:"+loadFactor);
/*
* 下边的逻辑是找一个2的几次方的数，该数刚刚大于initialCapacity
* eg.当指定initialCapacity为17，capacity就是32（2的五次方），而2的四次方（16）正好小于17
*/
int capacity = 1;
while (capacity < initialCapacity)
capacity <<= 1;// capacity = capacity<<1
this.loadFactor = loadFactor;
threshold = (int)(capacity * loadFactor);
table = new Entry[capacity];
init();
}
/**
* 指定初始容量
*/
public HashMap(int initialCapacity) {
this(initialCapacity, DEFAULT_LOAD_FACTOR);//调用上边的双参构造器
}
注意：
-
利用上述两个构造器构造出的数组容量不一定是指定的初始化容量，而是一个刚刚大于指定初始化容量的2的几次方的一个值。
-
在实际使用中，若我们能预判所要存储的元素的多少，最好使用上述的单参构造器来指定初始容量，这样的话，就可以避免就来扩容时带来的消耗（这一点与ArrayList一样）
HashMap的底层数据结构是一个Entry[]，Entry是HashMap的一个内部类，源代码如下：
static class Entry<K, V> implements Map.Entry<K, V> {
final K key; // 该Entry的key
V value; // 该Entry的value
Entry<K, V> next; // 该Entry的下一个Entry（hash冲突时，形成链表）
final int hash; // 该Entry的hash值
/**
* Creates new 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;
}
//为Entry设置新的value
public final V setValue(V newValue) {
V oldValue = value;
value = newValue;
return oldValue;
}
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();
//在hashmap中可以存放null键和null值
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();
}
}
注：这里我去掉了两个空方法。
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Entry是一个节点，在其中还保存了下一个Entry的引用（用来解决put时的hash冲突问题），这样的话，我们可以把hashmap看作是"一个链表数组"
-
Entry类中的equals()方法会在get(Object key)中使用
5.3、put(Object key, Object value)
源代码：
put(Object key, Object value)
/**
* 向map中添加新Entry
* 步骤：
* 1）HashMap可以添加null的key，key==null的Entry只会放在table[0]中，但是table[0]不仅仅可以存放key==null的Entry
* 1.1、遍历table[0]中的Entry链，若有key==null的值就用新值覆盖旧值，并返回旧值value，
* 1.2、若无，执行addEntry方法，用新的Entry替换掉原来旧的Entry赋值给table[0]，而旧的Entry作为新的Entry的next，执行结束后，返回null
* 2）添加key!=null的Entry时，
* 2.1、先计算key.hashCode()的hash值，
* 2.2、然后计算出将要放入的table的下标i，
* 2.3、之后遍历table[i]中的Entry链，若有相同key的值就用新值覆盖旧值，并返回旧值value，
* 2.4、若无，执行addEntry方法，用新的Entry替换掉原来旧的Entry赋值给table[i]，而旧的Entry作为新的Entry的next，执行结束后，返回null
*/
public V put(K key, V value) {
/******************key==null******************/
if (key == null)
return putForNullKey(value); //将空key的Entry加入到table[0]中
/******************key!=null******************/
int hash = hash(key.hashCode()); //计算key.hashcode()的hash值，hash函数由hashmap自己实现
int i = indexFor(hash, table.length);//获取将要存放的数组下标
/*
* for中的代码用于：当hash值相同且key相同的情况下，使用新值覆盖旧值（其实就是修改功能）
*/
for (Entry<K, V> e = table[i]; e != null; e = e.next) {//注意：for循环在第一次执行时就会先判断条件
Object k;
//hash值相同且key相同的情况下，使用新值覆盖旧值
if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {
V oldValue = e.value;
e.value = value;
//e.recordAccess(this);
return oldValue;//返回旧值
}
}
modCount++;
addEntry(hash, key, value, i);//增加一个新的Entry到table[i]
return null;//如果没有与传入的key相等的Entry，就返回null
}
注意：该方法头部的注释写明了整个put(Object key, Object value)的流程，非常重要
putForNullKey(V value)
/**
* 增加null的key到table[0]
*/
private V putForNullKey(V value) {
//遍历第一个数组元素table[0]中的所有Entry节点
for (Entry<K, V> e = table[0]; e != null; e = e.next) {
if (e.key == null) {//用新值覆盖旧值
V oldValue = e.value;
e.value = value;
//e.recordAccess(this);
return oldValue;
}
}
modCount++;
addEntry(0, null, value, 0);//将新节点Entry加入到Entry[]中
return null;
}
addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex)
/**
* 添加新的Entry到table[bucketIndex]
*/
void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
/*
* 这里可以看出，
* 1）新加入的Entry会放入链头，也就是说将来遍历的时候，最先加入map的反而是最后被遍历到的
* 2）采用的是Entry替换的方式
* 2.1、当添加第一个Entry1时，table[bucketIndex]==null，也就是说Entry1的下一个Entry为null（链尾），之后把table[bucketIndex] = Entry1
* 2.2、当添加第二个Entry2时，table[bucketIndex]==Entry1，也就是说Entry2的下一个Entry为Entry1，之后把table[bucketIndex] = Entry2
* 2.3、当添加第三个Entry3时，table[bucketIndex]==Entry2，也就是说Entry3的下一个Entry为Entry2，之后把table[bucketIndex] = Entry3
*/
Entry<K, V> e = table[bucketIndex];//新节点的下一个节点(当第一次在相应的数组位置放置元素时，table[bucketIndex]==null)
table[bucketIndex] = new Entry<K, V>(hash, key, value, e);
if (size++ >= threshold)//key-value对个数大于等于threshold
resize(2 * table.length);//扩容
}
注意：该方法头部的注释写明了该方法的流程示例，可以自己画个图对比着理解
hash(int h)
/**
* hash函数，用于计算key.hashCode()的hash值
* Note: null的key的hash为0，放在table[0].
*/
static int hash(int h) {
//这样的hash函数应该可以尽量将hash值打散
h ^= (h >>> 20) ^ (h >>> 12);
return h ^ (h >>> 7) ^ (h >>> 4);
}
注意：在我们实际使用hashmap时，最好的情况是将key的hash值打散，使插入的这些Entry尽量落在不同的桶上（这样做的主要目的是提高查询效率），以上这个hash函数应该就是实现了这样的功能，但是为什么这样的hash函数可以将hash值打散，求大神指点！！！
indexFor(int h, int length)
/**
* "按位与"来获取数组下标
*/
static int indexFor(int h, int length) {
return h & (length - 1);
}
注意：hashmap始终将自己的桶保持在2的n次方，这是为什么？indexFor这个方法解释了这个问题。“这个方法非常巧妙，它通过h & (table.length -1)来得到该对象的保存位，而HashMap底层数组的长度总是2的n次方，这是HashMap在速度上的优化。当length总是2的n次方时，h& (length-1)运算等价于对length取模，也就是h%length，但是&比%具有更高的效率”--http://tech.meituan.com/java-hashmap.html
说明：在上述的addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex)方法中，我们可以看到，当为把新的Entry赋值给table[i]后，会判断map中的key-value对是不是已经大于等于扩容条件值threshold了，若是，则需要调用resize函数，对Entry数组进行扩容，扩为原来二倍。
resize(int newCapacity)
/**
* 扩容步骤：
* 1）数组扩容为原来容量（eg.16）的二倍
* 2）将旧数组中的所有Entry重新计算索引，加入新数组
* 3）将新数组的引用赋给旧数组
* 4）重新计算扩容临界值threshold
*/
void resize(int newCapacity) {
Entry[] oldTable = table;
int oldCapacity = oldTable.length;
//如果旧的数组的容量为2的30次方（这种情况，不考虑了，如果真达到这样的情况，性能下降的就不像话了）
if (oldCapacity == MAXIMUM_CAPACITY) {
threshold = Integer.MAX_VALUE;
return;
}
Entry[] newTable = new Entry[newCapacity];//newCapacity==2*oldCapacity
transfer(newTable);//将旧数组中的所有Entry重新计算索引，加入新数组
table = newTable;//将新数组赋给就数组
threshold = (int) (newCapacity * loadFactor);//重新计算threshold
}
transfer(Entry[] newTable)
jdk中的实现：
/**
* 将所有旧的数组中的所有Entry移动到新数组中去
*/
void transfer(Entry[] newTable) {
Entry[] src = table;
int newCapacity = newTable.length;
for (int j = 0; j < src.length; j++) {//遍历旧数组
Entry<K, V> e = src[j];//获得头节点
if (e != null) {
/*
* 这样写，若同时有其他线程还在访问这个元素，则访问不到了，这里这样写，是考虑到多线程情况下，我们一般不会会用HashMap
* （查看ConcurrentHashMap并未将旧数组的值置为null）
* 这里将其置为null就方便gc回收
* 当然为了减小以上所说的影响，建议将src[j] = null;放在while循环结束后
*/
src[j] = null;
do {
Entry<K, V> next = e.next;
int i = indexFor(e.hash, newCapacity);
e.next = newTable[i];//把之前已经存在的newTable[i]的元素赋给当前节点的下一个节点
newTable[i] = e;//把当前节点赋给newTable[i]
e = next;
} while (e != null);//遍历链表
}
}
}
我的修改：（注意：这是一个错误的修改，错误的根源在下边我会给出）
/**
* 将所有旧的数组中的所有Entry移动到新数组中去
*/
void transfer(Entry[] newTable) {
Entry[] src = table; //旧数组
int newCapacity = newTable.length; //新数组容量
for (int j = 0; j < src.length; j++) {
Entry<K, V> e = src[j];//获取旧数组中的头节点Entry
if (e != null) {
src[j] = null;//将旧数组置空，让gc回收注意：这个时候table的桶并没有置空
/*
* 根据旧的hash值与新的容量值进行重新定位（注意：并没有重新计算hash值）
* 1、那么假设之前table[1]中存放的是Entry3，Entry3.next是Entry2，Entry2.next是Entry1，Entry1.next是null
* 那么假设重新计算后的i=3，那么Entry3-->Entry2-->Entry1依旧会在一起，都放入newTable[3],这样的话，我们只需要将链头的Entry3赋值给newTable[3]即可
* 2、既然通过indexFor(e.hash, newCapacity)不能把同一个桶下的Entry打散，为什么还要用呢？
* 主要是扩容后，若不用newCapacity去计算下标的话，那么扩容后，map中的Entry就都集中在了新数组的前半部分，这样就不够散了
*/
int i = indexFor(e.hash, newCapacity);
newTable[i] = e;//将Entry3赋值给newTable[3]
}
}
}
注意：
-
在这个方法中，并没有重新计算hash值，只是重新计算了下标索引。
-
错误根源在于认为同一个桶下的所有Entry的hash值相同，事实上不相同，只是hash&(table.length-1)的结果相同，
所以当table.length发生变化时，同一个桶下各个Entry算出来的index会不同（即Entry3、Entry2、Entry1可能会落在新数组的不同的桶上）
5.4、get(Object key)
源代码：
get(Object key)
/**
* 查找指定key的value值
* 1、若key==null
* 遍历table[0]，找出key==null的value，若没找到，返回null
* 2、若key!=null
* 1）计算key.hashCode()的hash值
* 2）根据计算出的hash值和数组容量，调用indexFor方法，获得table的下标i，进而获得桶table[i]
* 3）遍历该桶中的每一个Entry，找出key相等（==或equals）的Entry，获取此Entry的value即可
* 4）最后，若没有找到，返回null即可
*/
public V get(Object key) {
/****************查找key==null的value****************/
if (key == null)
return getForNullKey();
/****************查找key!=null的value****************/
int hash = hash(key.hashCode());//获取key.hashCode()的hash值
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;
}
return null;//若没有指定key的Entry，则直接返回null
}
注意：查看代码头部的注释，表明了get的整个步骤
getForNullKey()
/**
* 在table[0]中查询key==null
*/
private V getForNullKey() {
for (Entry<K, V> e = table[0]; e != null; e = e.next) {
if (e.key == null)
return e.value;
}
return null;//找不到的话就返回null
}
5.5、remove(Object key)
源代码：
/**
* 删除指定key的Entry
*/
public V remove(Object key) {
Entry<K, V> e = removeEntryForKey(key);
return (e == null ? null : e.value);//返回删除的节点（e为null的话，表示所给出的key不存在）
}
/**
* 删除指定key的Entry
* 1）若删除的是头节点，例如Entry3，只需将Entry2赋值给table[i]即可
* 2）若删除的是中间节点，例如Entry2，只需将Entry3.next指向Entry2.next（即Entry1）即可
* 3）若删除的是尾节点，例如Entry1，只需将Entry2.next指向Entry1.next（即null）即可
*/
final Entry<K, V> removeEntryForKey(Object key) {
int hash = (key == null) ? 0 : hash(key.hashCode());//计算hash值
int i = indexFor(hash, table.length);//按位与计算下标
Entry<K, V> prev = table[i];//获取桶
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--;//size-1
if (prev == e)//删除头节点，即示例中的Entry3
table[i] = next;
else//删除除了头节点外的其他节点
prev.next = next;
//e.recordRemoval(this);
return e;
}
prev = e;
e = next;
}
return e;//返回删除的节点（e为null的话，表示所给出的key不存在）
}
注：看注释即可，最好用示例去套一下代码。
-
若删除的key不存在于map中，返回null，不会抛异常。
5.6、containsKey(Object key)
源代码：
/**
* 判断map是否包含指定可以的Entry
*/
public boolean containsKey(Object key) {
return getEntry(key) != null;
}
/**
* 判断map是否包含指定可以的Entry，与get(Object key)基本相同（只是这里将key==null与key!=null的情况写在了一起，get(Object key)也可以这样去做）
* 1）计算key.hashCode()的hash值
* 2）根据计算出的hash值和数组容量，调用indexFor方法，获得table的下标i，进而获得桶table[i]
* 3）遍历该桶中的每一个Entry，找出key相等（==或equals）的Entry，获取此Entry，并返回此Entry
* 4）最后，若没有找到，返回null即可
*/
final Entry<K, V> getEntry(Object key) {
int hash = (key == null) ? 0 : hash(key.hashCode());//计算hash值
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;
}
注意：此方法与get(Object key)基本相同，只是只是这里将key==null与key!=null的情况写在了一起，get(Object key)也可以这样去做来减少代码
5.7、keySet()
遍历所有Entry链表，获取每一个Entry的key，在整个过程中，如果发生了增删操作，抛出ConcurrentModificationException。
final Entry<K, V> nextEntry() {
if (modCount != expectedModCount)
throw new ConcurrentModificationException();
Entry<K, V> e = next;
if (e == null)
throw new NoSuchElementException();
if ((next = e.next) == null) {
Entry[] t = table;
while (index < t.length && (next = t[index++]) == null)
;
}
current = e;
return e;
}
总结：
-
HashMap底层就是一个Entry数组，Entry又包含next，事实上，可以看成是一个"链表数组"
-
扩容：map中存放的key-value对个数size，该个数决定了数组的扩容（size>=threshold时，扩容），而非table中的所占用的桶的个数来决定是否扩容
-
扩容过程，不会重新计算hash值，只会重新按位与
-
在实际使用中，若我们能预判所要存储的元素的多少，最好使用上述的单参构造器来指定初始容量
-
HashMap可以插入null的key和value
-
remove(Object key)：若删除的key不存在于map中，返回null，不会抛异常。
-
HashMap线程不安全，若想要线程安全，最好使用ConcurrentHashMap
疑问：
在我们实际使用hashmap时，最好的情况是将key的hash值打散，使插入的这些Entry尽量落在不同的桶上（这样做的主要目的是提高查询效率），以下这个hash函数应该就是实现了这样的功能，但是为什么这样的hash函数可以将hash值打散，求大神指点！！！
static int hash(int h) {
//这样的hash函数应该可以尽量将hash值打散
h ^= (h >>> 20) ^ (h >>> 12);
return h ^ (h >>> 7) ^ (h >>> 4);
}
jdk1.8对hashmap进行了改造，1.7中的hashmap最大的问题就是当链表比较长时，查询效率急剧下降；所以在1.8中，当链表长度>=8是，链表转为红黑树，提高查询效率。
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