一、HashMap基础
1.1 HashMap的定义
我们先看一下HashMap的定义：
public class HashMap<K,V> extends AbstractMap<K,V>
implements Map<K,V>, Cloneable, Serializable
1.2 HashMap的属性
//默认容量
static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4;
//最大容量
static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;
//默认加载因子
static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;
//链表转成红黑树的阈值
static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8;
//红黑树转为链表的阈值
static final int UNTREEIFY_THRESHOLD = 6;
//存储方式由链表转成红黑树的容量的最小阈值
static final int MIN_TREEIFY_CAPACITY = 64;
//HashMap中存储的键值对的数量
transient int size;
//扩容阈值，当size>=threshold时，就会扩容
int threshold;
//HashMap的加载因子
final float loadFactor;
二、初始化
首先我们看无参构造函数
HashMap<String, String> hashMap = new HashMap<>();
public HashMap() {//这里只是赋值了一个默认的加载因子，并没有做初始化操作
this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR; // all other fields defaulted
}
我们看一下其他两个构造函数
public HashMap(int initialCapacity) {
this(initialCapacity, DEFAULT_LOAD_FACTOR);
}
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;
this.threshold = tableSizeFor(initialCapacity);
}
这两个同样也只是赋值了加载因子和扩容阀值
注意：tableSizeFor是的到一个二次幂的数值，其计算过程是这样的
/**
* Returns a power of two size for the given target capacity.
*/
static final int tableSizeFor(int cap) {
int n = cap - 1;
n |= n >>> 1;
n |= n >>> 2;
n |= n >>> 4;
n |= n >>> 8;
n |= n >>> 16;
return (n < 0) ? 1 : (n >= MAXIMUM_CAPACITY) ? MAXIMUM_CAPACITY : n + 1;
}
假设初始容量为19
cap=19
int n = cap-1;//得到n=18，换算为二进制为0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001 0010
n |= n>>>1;//表示n无符号右移一位后，与n按位或计算，其中n>>>1= 1001，按位或结果为11011
n|=n>>>2;//其中n>>>2=00110,按位或的结果为11111，下面几步类似，最终得到的结果是n=11111(二进制，也就是2^5-1，31)
这个计算方式是想法把二进制中低位的补1，最后的值一定是2的n次幂减1
最终计算得到的结果是32
因为cap最大为2^31，我们可以知道，这个方法的最终目的就是返回比cap大的最小的2的幂次方。
真正的初始化其实是在第一次put的时候,调用的是resize()方法，哪里调用resize()方法将在下面说明
三、put()
public V put(K key, V value) {
return putVal(hash(key), key, value, false, true);
}
这个hash(key)是一个比较经典的方法，这里我们看一下
static final int hash(Object key) {
int h;
/**
* 这里是hash值一个巧妙的打乱方式，目的是将hash值进一步打乱，将对象在数组中的位置划分的更为均匀
* int 类型是32为的数值类型，并且可以区分为高16位和低16位
* 这里的算法就是： 高16为不变，将低16位与高16为进行 异或(^/xor) 运算 两个值不相同则为1，反之则为0
*
*/
return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
}
put方法调用putVal方法，这里我们看一下putVal的源码
/**
* Implements Map.put and related methods
*
* @param hash hash for key
* @param key the key
* @param value the value to put
* @param onlyIfAbsent if true, don't change existing value,这个参数很少用，但如果为true，则不替换已经存在的value值。默认是替换
* @param evict if false, the table is in creation mode.
* @return previous value, or null if none
*/
final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,
boolean evict) {
Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, i;
if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)//如果table为null则进行第一次扩容->既为第一次真正的初始化
/**
* 如果table为null则进行第一次扩容->既为第一次真正的初始化
*/
n = (tab = resize()).length;
/**
* i = (n - 1) & hash
* 这里是又一个巧妙的运算，通过hash值，计算该节点在数组中的下标
* n 为当前数组的长度
* i 为计算出的下标
* 假如当前的长度为16(默认为HashMap的初始数组长度)
* n 的二进制为: 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001 0000
* 则 (n-1) 为15， 在二进制看来则是 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1111
* 此时将hash值与15进行 与(&) 运算， &：同为1 ，则为1，否则为0
* 无论hash值如何变化则运算之后的值一定在 【0-15】之间，则为当前节点所处的数组的下标,
* 这里其实与 hash % 16 的概念差不多，但是这种方法更将精妙，更加高效
*/
if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
/** p 为当前数组下标下的第一个节点，如果p为null，则表示当前数组下标下还没有值，这时直接新建一个node节点放入数组下标中 **/
tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
else {/** 如果当前数组下标下有值，则进行下面代码 **/
Node<K,V> e; K k;
/**
* 1. p.hash == hash
* 首先判断当前节点的hash值是否与将要放入节点的hash值是否一致，如果一致则继续进行判断
* 2. (k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))
* 这个咱们拆开看， 首先看 || 符号左边
* (k = p.key) == key ：这句代码首先将p.key赋值给k， 并且比较两个key值是否在同一快内存中，如果是则返回true，如果为false则继续进行判断
* 接下载咱们在看 || 符号右边
* (key != null && key.equals(k)) : 如果key不等于null的话，调用key的equels方法判断是否一致
*/
if (p.hash == hash &&
((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
e = p; /** 如果进入这个if里面则将p赋给临时变量e **/
else if (p instanceof TreeNode) /** 如果p是一个红黑树，则将put对象放入红黑树中 **/
e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
else {/** 如果进入最后的else表示key不一致，并且该数组下标下的节点也不是一个红黑树 **/
/**
* 这里将遍历该链表
*/
for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
if ((e = p.next) == null) {/** 这里判断是否走到链表的最后 **/
/** 将新节点放入该链表的最后 **/
p.next = newNode(hash, key, value, null);
/**
* 这里判断是否满足将链表变成红黑树的 条件
* TREEIFY_THRESHOLD 的值为8,
* binCount是链表的下标，如果binCount的值为7，则代表该链表的长度为8
*/
if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st
treeifyBin(tab, hash);/** 满足条件，进行红黑树的转换 **/
break;
}
/**
* 如果没有进入链表末尾
* 判断当前节点的key是否与新节点的key一致，与上面if的逻辑一样，这里不在赘述。
*/
if (e.hash == hash &&
((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
break;
p = e;/** 如果都不满足条件，继续向下寻找 **/
}
}
/**
* 经过上面代码分析过后，上面情况下e不为null呢？
* 只要新节点的key与老节点的key相同，则e不为null， e则代表，与新节点key一直的老节点
*/
if (e != null) { // existing mapping for key
V oldValue = e.value;
/** onlyIfAbsent,putVal方法的一个参数，通过这里可以看出，该参数控制是否覆盖老值,不过前提是老节点的value不为null **/
if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
e.value = value;
afterNodeAccess(e);/** 这里在HashMap中是一个空实现，其在LinkedHashMap中有作用，这里不讨论 **/
return oldValue;
}
}
++modCount; /** modCount:表示结构被修改的次数 **/
if (++size > threshold) /** 这里我以前一直有一个误区，size表示的是map中所有节点的个数，而不是map中数组被占用的个数，这里很明确的表示出来了,如果size+1 大于阀值，则进行扩容 **/
resize();
afterNodeInsertion(evict);
System.out.println(table);
return null;
}
这里我们在看看一下resize()方法
final Node<K,V>[] resize() {
/** 将表格赋给临时变量 **/
Node<K,V>[] oldTab = table;
/**
* oldCap: 扩容前数组大小
* oldThr：扩容前的扩容阀值
* 顾名思义
* newCap：新的数组大小
* newThr：新的扩容阀值
*/
int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length;
int oldThr = threshold;
int newCap, newThr = 0;
if (oldCap > 0) {
/**
* 如果数组大小大于等于最大数组限制，则将扩容阀值设为最大，即：不在进行扩容,并返回老数组
*/
if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) {
threshold = Integer.MAX_VALUE;
return oldTab;
}
/**
* 1. (newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY
* 新的数组大小为老数组大小右移以为，即：老数组大小乘以2
* 2. oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY
* 老数组大小要大于等于，默认的初始化大小即为16
*/
else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY &&
oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)
/** 新的扩容阀值也扩大一杯 **/
newThr = oldThr << 1; // double threshold
}
else if (oldThr > 0) // initial capacity was placed in threshold
newCap = oldThr;/** 老的扩容阀值大于0,并将其赋值为新的数组容量，只有通过有参构造函数猜可以走到这一步 **/
else { // zero initial threshold signifies using defaults
/** 当HashMap，第一次默认初始化的时候，就会走到这里 **/
newCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY; //16
newThr = (int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY);//12
}
if (newThr == 0) {/** 新的扩容阀值为0，只有通过有参构造函数猜可以走到这一步 **/
float ft = (float)newCap * loadFactor;
/** 判断新的大小是否小于最大数组限制，并且扩容阀值是否小于最大数组限制，否则将扩容阀值设为最大 **/
newThr = (newCap < MAXIMUM_CAPACITY && ft < (float)MAXIMUM_CAPACITY ?
(int)ft : Integer.MAX_VALUE);
}
threshold = newThr;/** 设置扩容阀值 **/
@SuppressWarnings({"rawtypes","unchecked"})
Node<K,V>[] newTab = (Node<K,V>[])new Node[newCap];/** 根据扩容后的容量，创建一个新的hashMap **/
table = newTab;/** 将新的数组赋值给table属性，这里不是线程安全的 **/
if (oldTab != null) {
/** 循环老数组 **/
for (int j = 0; j < oldCap; ++j) {
Node<K,V> e;
/**
* 如果老数组该下标下为null，则不管
* 如果不为null，则放入新数组中,并将老数组释放,交给gc去回收
*/
if ((e = oldTab[j]) != null) {
oldTab[j] = null;
if (e.next == null)/** 如果该链表只有一个值，则直接将其放入新数组 **/
newTab[e.hash & (newCap - 1)] = e;
else if (e instanceof TreeNode)/** 如果该节点是一个红黑树，则将其拆开放入新数组,和下面将链表拆成两个链表类似 **/
((TreeNode<K,V>)e).split(this, newTab, j, oldCap);
else { /** 如果不是红黑树，并且链表不止一个值，则进入该步骤 **/
/**
* 首先有一个基础概念，HashMap扩容都是2倍扩容，即16->32>64
* 那么同一个链表下的节点，在新的数组中的位置只会在两个可能的位置，
* 一个是原下边，一个是原下标+原来数组的长度，
* 至于为什么会这样？
* 可以类比一组数除以16和同一组数除以32.
*
* 所以：loHead，记录原下标下的接线 loTail:记录链表末尾节点
* hiHead，记录原下标+原数组长度的，下标下的节点 hiTail：记录链表末尾节点
*/
Node<K,V> loHead = null, loTail = null;
Node<K,V> hiHead = null, hiTail = null;
Node<K,V> next;/** 记录链表的下一个节点 **/
do {
next = e.next;/** 遍历下一个节点 **/
/**
* e.hash & oldCao
* 假设oldCap为16，那么二进制则是 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001 0000
* 随便一个hash值 0000 1010 1010 1111 0100 0101 0101 1111
* 如果第5位上不为1，则全部为0，表明，当前节点一定在数组的低位。如果第五位有值则表示一定 （% 32） 的余数一定比16大
*/
if ((e.hash & oldCap) == 0) {
if (loTail == null)
loHead = e;
else
loTail.next = e;
loTail = e;
}
else {
if (hiTail == null)
hiHead = e;
else
hiTail.next = e;
hiTail = e;
}
} while ((e = next) != null);
if (loTail != null) {
loTail.next = null;
newTab[j] = loHead;/** 将新的链表赋给低位的数组下标 **/
}
if (hiTail != null) {
hiTail.next = null;
newTab[j + oldCap] = hiHead;/** 将新的链表赋给高位的数组下标 **/
}
}
}
}
}
return newTab;
}
这里我们在看一下treeifyBin()方法
/**
* 替换给定散列的索引处的bin中的所有链接节点，除非表太小，在这种情况下调整大小。
*/
final void treeifyBin(Node<K,V>[] tab, int hash) {
int n, index; Node<K,V> e;
/**
* 这里判断是否满足转换为红黑树的最小数组大小，如果不满足，直接进行扩容操作
*/
if (tab == null || (n = tab.length) < MIN_TREEIFY_CAPACITY)
resize();
/** 去需要扩容的数组下标下的链表首个节点 **/
else if ((e = tab[index = (n - 1) & hash]) != null) {
TreeNode<K,V> hd = null, tl = null;
do {/** 将链表节点变为TreeNode对象，并保持链表结构 **/
TreeNode<K,V> p = replacementTreeNode(e, null);
if (tl == null)
hd = p;
else {
p.prev = tl;
tl.next = p;
}
tl = p;
} while ((e = e.next) != null);
if ((tab[index] = hd) != null)
hd.treeify(tab);/** 改变为红黑树结构 **/
}
}
四、 多线程不安全问题
我们都知道，HashMap不是线程安全的。这块主要体现在两块：
3.1 get和put
这两块都没有加锁，所以可能会导致多线程执行时，出现数据被覆盖的问题。
3.2 死循环的问题
这个问题主要出现在resize的过程中，多线程都探测到需要resize时，将链表元素rehash过程中，可能会导致死循环。这个问题参考JAVA HASHMAP的死循环。
至此，源码分析基本结束。
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