在 Java8 之前， HashMap 是鏈表散列的數據結構，即數組和鏈表的結合體；從 Java8 開始，引入紅黑樹的數據結構和擴容的優(yōu)化。
分析版本： JDK1.8
從 Java8 引入紅黑樹之后， HashMap 是由數組、鏈表和紅黑樹組成，發(fā)現源碼有些地方與之前不同，那就是 Node ：
public class HashMap<K,V> extends AbstractMap<K,V> implements Map<K,V>, Cloneable, Serializable { static class Node<K,V> implements Map.Entry<K,V> { final int hash; final K key;
V value;
Node<K,V> next;
Node(int hash, K key, V value, Node<K,V> next) { this.hash = hash; this.key = key; this.value = value; this.next = next;
} public final K getKey() { return key; } public final V getValue() { return value; } public final String toString() { return key + "=" + value; } public final int hashCode() { return Objects.hashCode(key) ^ Objects.hashCode(value);
} public final V setValue(V newValue) {
V oldValue = value;
value = newValue; return oldValue;
} public final boolean equals(Object o) { if (o == this) return true; if (o instanceof Map.Entry) {
Map.Entry<?,?> e = (Map.Entry<?,?>)o; if (Objects.equals(key, e.getKey()) &&
Objects.equals(value, e.getValue())) return true;
} return false;
}
}
}
Node ,也就是以前的 Entry ，內容沒變，只是換了一種叫法。
public class HashMap<K,V> extends AbstractMap<K,V> implements Map<K,V>, Cloneable, Serializable { transient Node<K,V>[] table; 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; if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
n = (tab = resize()).length; if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
tab[i] = newNode(hash, key, value, null); else {
Node<K,V> e; K k; if (p.hash == hash &&
((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
e = p; else if (p instanceof TreeNode)
e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value); else { for (int binCount = 0; ; ++binCount) { if ((e = p.next) == null) {
p.next = newNode(hash, key, value, null); 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)
e.value = value;
afterNodeAccess(e); return oldValue;
}
}
++modCount; if (++size > threshold)
resize();
afterNodeInsertion(evict); return null;
} static final int hash(Object key) { int h; return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
} final Node<K,V>[] resize() {
....
} Node<K,V> newNode(int hash, K key, V value, Node<K,V> next) { return new Node<>(hash, key, value, next);
} static final class TreeNode<K,V> extends LinkedHashMap.Entry<K,V> {
....
} final void treeifyBin(Node<K,V>[] tab, int hash) {
....
} void afterNodeAccess(Node<K,V> p) { } void afterNodeInsertion(boolean evict) { }
}
HashMap 使用哈希表來存儲。哈希表為解決沖突，可以采用開放地址法和鏈地址法等來解決問題，Java 中 HashMap 采用了鏈地址法。鏈地址法，就是數組加鏈表的結合。在每個數組元素上都一個鏈表結構，當數據被Hash后，得到數組下標，把數據放在對應下標元素的鏈表上。
當我們往 HashMap 中 put 元素的時候，先根據 key 的 hashCode 重新計算 hash 值，根據 hash 值再通過高位運算和取模運算得到這個元素在數組中的位置（即下標），如果數組該位置上已經存放有其他元素了，那么在這個位置上的元素將以鏈表的形式存放，新加入的放在鏈頭，先加入的放在鏈尾，如果該鏈表超出 8 個的話，就轉換成紅黑樹。如果數組該位置上沒有元素，就直接將該元素放到此數組中的該位置上。
public class HashMap<K,V> extends AbstractMap<K,V> implements Map<K,V>, Cloneable, Serializable { final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent, boolean evict) { int n, i; if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
n = (tab = resize()).length; if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)//取模運算 tab[i] = newNode(hash, key, value, null); else {
....
} static final int hash(Object key) { int h; return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);//取hashCode值和高位參與運算 }
}
定位位置的方法通過以上三個步驟得到，取 key 的 hashCode 的值，然后進行無符號右移 16 位，再與現有哈希桶數組的大小取模。通過 (n - 1) & hash 來得到該對象的保存位求得這個位置的時候，馬上就可以知道對應位置的元素，不用遍歷鏈表，大大優(yōu)化了查詢的效率。
當 length 總是 2 的 n 次方時，(length - 1) & hash 運算等價于對 length 取模，也就是h % length，但是 & 比 % 具有更高的效率。
注意，在 Java8 之前的算法是這樣的：
static int hash(int h) {
h ^= (h >>> 20) ^ (h >>> 12); return h ^ (h >>> 7) ^ (h >>> 4);
} static int indexFor(int hash, int length) { return hash & (length-1);
}
Java8 優(yōu)化了高位運算的算法，通過 hashCode() 的高 16 位異或低 16 位實現的：(h = k.hashCode()) ^ (h >>> 16)，主要是從速度、功效、質量來考慮的，這么做可以在數組 table 的 length 比較小的時候，也能保證考慮到高低 Bit 都參與到 Hash 的計算中，同時不會有太大的開銷。
public class HashMap<K,V> extends AbstractMap<K,V> implements Map<K,V>, Cloneable, Serializable { transient Node<K,V>[] table; 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)//如果為null或者大小為0則創(chuàng)建 n = (tab = resize()).length; if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)//計算index tab[i] = newNode(hash, key, value, null); else {
Node<K,V> e; K k; if (p.hash == hash &&
((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))//如果有key，那么直接覆蓋value e = p; else if (p instanceof TreeNode)//是否是紅黑樹 e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value); else {//為鏈表 for (int binCount = 0; ; ++binCount) { if ((e = p.next) == null) {
p.next = newNode(hash, key, value, null); if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st treeifyBin(tab, hash);//鏈表長度大于8轉換為紅黑樹進行處理 break;
} if (e.hash == hash &&
((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) break;
p = e;//key已經存在直接覆蓋value }
} if (e != null) { // existing mapping for key V oldValue = e.value; if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
e.value = value;
afterNodeAccess(e); return oldValue;
}
}
++modCount; if (++size > threshold)
resize();//擴容 afterNodeInsertion(evict); return null;
}
}
public class HashMap<K,V> extends AbstractMap<K,V> implements Map<K,V>, Cloneable, Serializable { static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30; static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; // aka 16 static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f; final Node<K,V>[] resize() {
Node<K,V>[] oldTab = table;//舊的數組 int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length;//舊的數組大小 int oldThr = threshold;//舊的大容量 int newCap, newThr = 0; if (oldCap > 0) { if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) {//擴容前的舊的數組大小如果已經達到大(2^30) threshold = Integer.MAX_VALUE;////修改大容量為int的大值(2^31-1)，這樣以后就不會擴容了 return oldTab;
} else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY && oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)//擴容后的小于數組大小大值 newThr = oldThr << 1; // double threshold 在舊值上乘以2 } else if (oldThr > 0) // initial capacity was placed in threshold newCap = oldThr;//舊的大容量就是新的數組容量 else { // zero initial threshold signifies using defaults newCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY;//16 newThr = (int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY);//0.75*16 } if (newThr == 0) {//計算新的容量 float ft = (float)newCap * loadFactor;
newThr = (newCap < MAXIMUM_CAPACITY && ft < (float)MAXIMUM_CAPACITY ?
(int)ft : Integer.MAX_VALUE);
}
threshold = newThr;
@SuppressWarnings({"rawtypes","unchecked"})
Node<K,V>[] newTab = (Node<K,V>[])new Node[newCap];
table = newTab;//新的table數組 if (oldTab != null) { for (int j = 0; j < oldCap; ++j) {//將舊的移動到新的里面去 Node<K,V> e; if ((e = oldTab[j]) != null) {
oldTab[j] = null; if (e.next == null)//沒有重合的，就只有這一個值 newTab[e.hash & (newCap - 1)] = e;//給e找位置 else if (e instanceof TreeNode)//如果是紅黑樹 ((TreeNode<K,V>)e).split(this, newTab, j, oldCap); else { // preserve order 處理鏈表 Node<K,V> loHead = null, loTail = null;
Node<K,V> hiHead = null, hiTail = null;
Node<K,V> next; do { next = e.next; if ((e.hash & oldCap) == 0) {//原來的索引 if (loTail == null)
loHead = e; else loTail.next = e;
loTail = e;
} else {//原來的索引+oldCap if (hiTail == null)
hiHead = e; else hiTail.next = e;
hiTail = e;
}
} while ((e = next) != null); if (loTail != null) {//原索引放到新table數組里 loTail.next = null;
newTab[j] = loHead;
} if (hiTail != null) {//原索引+oldCap放到新table數組里 hiTail.next = null;
newTab[j + oldCap] = hiHead;
}
}
}
}
} return newTab;
}
}
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