HashMap的實(shí)現(xiàn)原理

首先有一個(gè)每個(gè)元素都是鏈表（可能表述不準(zhǔn)確）的數(shù)組，當(dāng)添加一個(gè)元素（key-value）時(shí)，就首先計(jì)算元素key的hash值，以此確定插入數(shù)組中的位置，但是可能存在同一hash值的元素已經(jīng)被放在數(shù)組同一位置了，這時(shí)就添加到同一hash值的元素的后面，他們?cè)跀?shù)組的同一位置，但是形成了鏈表，同一各鏈表上的Hash值是相同的，所以說(shuō)數(shù)組存放的是鏈表。而當(dāng)鏈表長(zhǎng)度太長(zhǎng)時(shí)，鏈表就轉(zhuǎn)換為紅黑樹，這樣大大提高了查找的效率。 當(dāng)鏈表數(shù)組的容量超過(guò)初始容量的0.75時(shí)，再散列將鏈表數(shù)組擴(kuò)大2倍，把原鏈表數(shù)組的搬移到新的數(shù)組中

即HashMap的原理圖是：

現(xiàn)在我來(lái)分析下JDK7與JDK8中HashMap的實(shí)現(xiàn)過(guò)程。

JDK7中的HashMap

HashMap底層維護(hù)一個(gè)數(shù)組，數(shù)組中的每一項(xiàng)都是一個(gè)Entry

transient Entry<K,V>[] table;

我們向 HashMap 中所放置的對(duì)象實(shí)際上是存儲(chǔ)在該數(shù)組當(dāng)中； 

而Map中的key，value則以Entry的形式存放在數(shù)組中

static class Entry<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
        final K key;
        V value;
        Entry<K,V> next;
        int hash;

而這個(gè)Entry應(yīng)該放在數(shù)組的哪一個(gè)位置上（這個(gè)位置通常稱為位桶或者h(yuǎn)ash桶，即hash值相同的Entry會(huì)放在同一位置，用鏈表相連），是通過(guò)key的hashCode來(lái)計(jì)算的。

final int hash(Object k) {
        int h = 0;
        h ^= k.hashCode();

        h ^= (h >>> 20) ^ (h >>> 12);
        return h ^ (h >>> 7) ^ (h >>> 4);
    }

通過(guò)hash計(jì)算出來(lái)的值將會(huì)使用indexFor方法找到它應(yīng)該所在的table下標(biāo)：

static int indexFor(int h, int length) {
        return h & (length-1);
    }

這個(gè)方法其實(shí)相當(dāng)于對(duì)table.length取模。

當(dāng)兩個(gè)key通過(guò)hashCode計(jì)算相同時(shí)，則發(fā)生了hash沖突(碰撞)，HashMap解決hash沖突的方式是用鏈表。

當(dāng)發(fā)生hash沖突時(shí)，則將存放在數(shù)組中的Entry設(shè)置為新值的next（這里要注意的是，比如A和B都hash后都映射到下標(biāo)i中，之前已經(jīng)有A了，當(dāng)map.put(B)時(shí)，將B放到下標(biāo)i中，A則為B的next，所以新值存放在數(shù)組中，舊值在新值的鏈表上）

示意圖：

所以當(dāng)hash沖突很多時(shí)，HashMap退化成鏈表。

總結(jié)一下map.put后的過(guò)程：

當(dāng)向 HashMap 中 put 一對(duì)鍵值時(shí)，它會(huì)根據(jù) key的 hashCode 值計(jì)算出一個(gè)位置， 該位置就是此對(duì)象準(zhǔn)備往數(shù)組中存放的位置。 

如果該位置沒有對(duì)象存在，就將此對(duì)象直接放進(jìn)數(shù)組當(dāng)中；如果該位置已經(jīng)有對(duì)象存在了，則順著此存在的對(duì)象的鏈開始尋找(為了判斷是否是否值相同，map不允許<key,value>鍵值對(duì)重復(fù))， 如果此鏈上有對(duì)象的話，再去使用 equals方法進(jìn)行比較，如果對(duì)此鏈上的每個(gè)對(duì)象的 equals 方法比較都為 false，則將該對(duì)象放到數(shù)組當(dāng)中，然后將數(shù)組中該位置以前存在的那個(gè)對(duì)象鏈接到此對(duì)象的后面。 

值得注意的是，當(dāng)key為null時(shí)，都放到table[0]中

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;
    }

當(dāng)size大于threshold時(shí)，會(huì)發(fā)生擴(kuò)容。 threshold等于capacity*load factor

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);
    }

jdk7中resize，只有當(dāng) size>=threshold并且 table中的那個(gè)槽中已經(jīng)有Entry時(shí)，才會(huì)發(fā)生resize。即有可能雖然size>=threshold，但是必須等到每個(gè)槽都至少有一個(gè)Entry時(shí)，才會(huì)擴(kuò)容。還有注意每次resize都會(huì)擴(kuò)大一倍容量

JDK8中的HashMap

一直到JDK7為止，HashMap的結(jié)構(gòu)都是這么簡(jiǎn)單，基于一個(gè)數(shù)組以及多個(gè)鏈表的實(shí)現(xiàn)，hash值沖突的時(shí)候，就將對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)以鏈表的形式存儲(chǔ)。

這樣子的HashMap性能上就抱有一定疑問(wèn)，如果說(shuō)成百上千個(gè)節(jié)點(diǎn)在hash時(shí)發(fā)生碰撞，存儲(chǔ)一個(gè)鏈表中，那么如果要查找其中一個(gè)節(jié)點(diǎn)，那就不可避免的花費(fèi)O(N)的查找時(shí)間，這將是多么大的性能損失。這個(gè)問(wèn)題終于在JDK8中得到了解決。再最壞的情況下，鏈表查找的時(shí)間復(fù)雜度為O(n),而紅黑樹一直是O(logn),這樣會(huì)提高HashMap的效率。

JDK7中HashMap采用的是位桶+鏈表的方式，即我們常說(shuō)的散列鏈表的方式，而JDK8中采用的是位桶+鏈表/紅黑樹（有關(guān)紅黑樹請(qǐng)查看紅黑樹）的方式，也是非線程安全的。當(dāng)某個(gè)位桶的鏈表的長(zhǎng)度達(dá)到某個(gè)閥值的時(shí)候，這個(gè)鏈表就將轉(zhuǎn)換成紅黑樹。

JDK8中，當(dāng)同一個(gè)hash值的節(jié)點(diǎn)數(shù)不小于8時(shí)，將不再以單鏈表的形式存儲(chǔ)了，會(huì)被調(diào)整成一顆紅黑樹（上圖中null節(jié)點(diǎn)沒畫）。這就是JDK7與JDK8中HashMap實(shí)現(xiàn)的最大區(qū)別。

接下來(lái)，我們來(lái)看下JDK8中HashMap的源碼實(shí)現(xiàn)。

JDK中Entry的名字變成了Node，原因是和紅黑樹的實(shí)現(xiàn)TreeNode相關(guān)聯(lián)。

transient Node<K,V>[] table;

當(dāng)沖突節(jié)點(diǎn)數(shù)不小于8-1時(shí)，轉(zhuǎn)換成紅黑樹。

static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8;

以put方法在JDK8中有了很大的改變

public V put(K key, V value) {
        return putVal(hash(key), key, value, false, true);
 }


final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,
                   boolean evict) {
        Node<K,V>[] tab;
	Node<K,V> p; 
	int n, i;
	//如果當(dāng)前map中無(wú)數(shù)據(jù)，執(zhí)行resize方法。并且返回n
        if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
            n = (tab = resize()).length;
	 //如果要插入的鍵值對(duì)要存放的這個(gè)位置剛好沒有元素，那么把他封裝成Node對(duì)象，放在這個(gè)位置上就完事了
        if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
            tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
	//否則的話，說(shuō)明這上面有元素
        else {
            Node<K,V> e; K k;
	    //如果這個(gè)元素的key與要插入的一樣，那么就替換一下，也完事。
            if (p.hash == hash &&
                ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                e = p;
	    //1.如果當(dāng)前節(jié)點(diǎn)是TreeNode類型的數(shù)據(jù)，執(zhí)行putTreeVal方法
            else if (p instanceof TreeNode)
                e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
            else {
		//還是遍歷這條鏈子上的數(shù)據(jù)，跟jdk7沒什么區(qū)別
                for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
                    if ((e = p.next) == null) {
                        p.next = newNode(hash, key, value, null);
			//2.完成了操作后多做了一件事情，判斷，并且可能執(zhí)行treeifyBin方法
                        if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st
                            treeifyBin(tab, hash);
                        break;
                    }
                    if (e.hash == hash &&
                        ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                        break;
                    p = e;
                }
            }
            if (e != null) { // existing mapping for key
                V oldValue = e.value;
                if (!onlyIfAbsent || oldValue == null) //true || --
                    e.value = value;
		   //3.
                afterNodeAccess(e);
                return oldValue;
            }
        }
        ++modCount;
	//判斷閾值，決定是否擴(kuò)容
        if (++size > threshold)
            resize();
	    //4.
        afterNodeInsertion(evict);
        return null;
    }

treeifyBin()就是將鏈表轉(zhuǎn)換成紅黑樹。

之前的indefFor()方法消失 了，直接用(tab.length-1)&hash，所以看到這個(gè)，代表的就是數(shù)組的下角標(biāo)。

static final int hash(Object key) {
        int h;
        return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
    }

Reference：

1. http://www.tuicool.com/articles/Yruqiye

2. http://wenku.baidu.com/link?url=qRXqFTKcObVZATjznA97yNw8zMdsxNsX20sLAyn40YmUqF43QVf_yIPB97U33qMT36mtDaEzzuBHev5zCzr1jfJ2SZHjufV4LdEVzGHZ2T3

3. https://segmentfault.com/a/1190000003617333

4. http://blog.csdn.net/q291611265/article/details/46797557

到此這篇關(guān)于HashMap在JDK7與JDK8中的實(shí)現(xiàn)原理解析的文章就介紹到這了,更多相關(guān)JDK7與JDK8中HashMap的實(shí)現(xiàn)內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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