HashMap

5.1、对于HashMap需要掌握以下几点

Map的创建：HashMap()

往Map中添加键值对：即put(Object key, Object value)方法

获取Map中的单个对象：即get(Object key)方法

删除Map中的对象：即remove(Object key)方法

判断对象是否存在于Map中：containsKey(Object key)

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

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：

staticfinalintDEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 16;//默认的初始化容量（必须是2的多少次方）staticfinalintMAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;//最大指定容量为2的30次方staticfinalfloatDEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;//默认的加载因子（用于resize）transientEntry[] 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transientintsize;//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）intthreshold;finalfloatloadFactor;//负载因子（用于resize）transientvolatileintmodCount;//标志位，用于标识并发问题

注意：

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

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）

数组中的桶，指的就是table[i]

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*/publicHashMap() {this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR;//负载因子：0.75threshold = (int) (DEFAULT_INITIAL_CAPACITY * DEFAULT_LOAD_FACTOR);//当该map中存放的key-value对个数size>=12时，就resizetable =newEntry[DEFAULT_INITIAL_CAPACITY];//设置Entry数组容量为16init();

}

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*/publicHashMap(intinitialCapacity,floatloadFactor) {if(initialCapacity < 0)thrownewIllegalArgumentException("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thrownewIllegalArgumentException("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*/intcapacity = 1;while(capacity

capacity<<= 1;//capacity = capacity<<1this.loadFactor =loadFactor;

threshold= (int)(capacity *loadFactor);

table=newEntry[capacity];

init();

}/*** 指定初始容量*/publicHashMap(intinitialCapacity) {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：

staticclassEntryimplementsMap.Entry{finalK key;//该Entry的keyV value;//该Entry的valueEntry next;//该Entry的下一个Entry（hash冲突时，形成链表）finalinthash;//该Entry的hash值/*** Creates new entry.*/Entry(inth, K k, V v, Entryn) {

value=v;

next=n;

key=k;

hash=h;

}publicfinalK getKey() {returnkey;

}publicfinalV getValue() {returnvalue;

}//为Entry设置新的valuepublicfinalV setValue(V newValue) {

V oldValue=value;

value=newValue;returnoldValue;

}publicfinalbooleanequals(Object o) {if(!(oinstanceofMap.Entry))returnfalse;

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)))returntrue;

}returnfalse;

}publicfinalinthashCode() {return(key ==null? 0 : key.hashCode())^(value ==null? 0: value.hashCode());

}publicfinalString toString() {returngetKey() + "=" +getValue();

}

}

注：这里我去掉了两个空方法。

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*/publicV put(K key, V value) {/******************key==null******************/if(key ==null)returnputForNullKey(value);//将空key的Entry加入到table[0]中/******************key!=null******************/inthash = hash(key.hashCode());//计算key.hashcode()的hash值，hash函数由hashmap自己实现inti = 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 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);returnoldValue;//返回旧值}

}

modCount++;

addEntry(hash, key, value, i);//增加一个新的Entry到table[i]returnnull;//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]*/privateV putForNullKey(V value) {//遍历第一个数组元素table[0]中的所有Entry节点for(Entry 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);returnoldValue;

}

}

modCount++;

addEntry(0,null, value, 0);//将新节点Entry加入到Entry[]中returnnull;

}

addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex)

/*** 添加新的Entry到table[bucketIndex]*/voidaddEntry(inthash, K key, V value,intbucketIndex) {/** 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 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] =newEntry(hash, key, value, e);if(size++ >= threshold)//key-value对个数大于等于thresholdresize(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].*/staticinthash(inth) {//这样的hash函数应该可以尽量将hash值打散h ^= (h >>> 20) ^ (h >>> 12);returnh ^ (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*/staticintindexFor(inth,intlength) {returnh & (length - 1);

}

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*/voidresize(intnewCapacity) {

Entry[] oldTable=table;intoldCapacity =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=newEntry[newCapacity];//newCapacity==2*oldCapacitytransfer(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*/voidtransfer(Entry[] newTable) {

Entry[] src=table;intnewCapacity =newTable.length;for(intj = 0; j < src.length; j++) {//遍历旧数组Entry 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 next =e.next;inti =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*/voidtransfer(Entry[] newTable) {

Entry[] src= table;//旧数组intnewCapacity = newTable.length;//新数组容量for(intj = 0; j < src.length; j++) {

Entry e = src[j];//获取旧数组中的头节点Entryif(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*/inti =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*/publicV get(Object key) {/****************查找key==null的value****************/if(key ==null)returngetForNullKey();/****************查找key!=null的value****************/inthash = hash(key.hashCode());//获取key.hashCode()的hash值for(Entry e = table[indexFor(hash, table.length)]; e !=null; e =e.next) {

Object k;if(e.hash == hash && ((k = e.key) == key ||key.equals(k)))returne.value;

}returnnull;//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()

View Code

5.5、remove(Object key)

源代码：

/*** 删除指定key的Entry*/publicV remove(Object key) {

Entry 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*/finalEntryremoveEntryForKey(Object key) {inthash = (key ==null) ? 0 : hash(key.hashCode());//计算hash值inti = indexFor(hash, table.length);//按位与计算下标Entry prev = table[i];//获取桶Entry e =prev;while(e !=null) {

Entry next =e.next;

Object k;if(e.hash == hash && ((k = e.key) == key || (key !=null&&key.equals(k)))) {

modCount++;

size--;//size-1if(prev == e)//删除头节点，即示例中的Entry3table[i] =next;else//删除除了头节点外的其他节点prev.next =next;//e.recordRemoval(this);returne;

}

prev=e;

e=next;

}returne;//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*/publicbooleancontainsKey(Object key) {returngetEntry(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*/finalEntrygetEntry(Object key) {inthash = (key ==null) ? 0 : hash(key.hashCode());//计算hash值for(Entry 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))))returne;

}returnnull;

}

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。

finalEntrynextEntry() {if(modCount !=expectedModCount)thrownewConcurrentModificationException();

Entry e =next;if(e ==null)thrownewNoSuchElementException();if((next = e.next) ==null) {

Entry[] t=table;while(index < t.length && (next = t[index++]) ==null)

;

}

current=e;returne;

}

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