Java數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)之HashMap源碼深入分析

更新時間：2023年04月21日 09:43:40 作者：.番茄炒蛋

Java HashMap是一種基于哈希表實現(xiàn)的鍵值對存儲結(jié)構(gòu)，可以實現(xiàn)快速的數(shù)據(jù)查找和存儲。它是線程不安全的，但在單線程環(huán)境中運行效率高，被廣泛應(yīng)用于Java開發(fā)中

基本結(jié)構(gòu)

public class HashMap<K,V> extends AbstractMap<K,V>
    implements Map<K,V>, Cloneable, Serializable {
    // ... 
    /**
     * 默認(rèn)初始容量為16
     */
    static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; // aka 16
    /**
     * 默認(rèn)負(fù)載因子為0.75
     */
    static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;
    /**
     * 最大容量:1 << 30(2的30次方)
     */
    static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;
    /**
     * 存放元素的數(shù)組,長度總是2的冪次方
     */
    transient HashMap.Node<K,V>[] table;
    /**
     * 存放鍵值對的數(shù)量
     */
    transient int size;
    /**
     * 擴(kuò)容操作的閾值
     */
    int threshold;
    /**
     * 負(fù)載因子,用于計算閾值
     */
    final float loadFactor;
	// ...   
}

get方法

    /**
     * 根據(jù)key獲取value,如果key不存在則返回null
     *
     * @param key
     * @return
     */
    public V get(Object key) {
        // 獲取key對應(yīng)的Node節(jié)點
        HashMap.Node<K, V> e;
        // 調(diào)用getNode方法查找key對應(yīng)的Node節(jié)點,并將查找結(jié)果賦值給e
        // 如果e為null就返回null否則返回e節(jié)點的value
        return (e = getNode(hash(key), key)) == null ? null : e.value;
    }
    /**
     * 根據(jù)key的哈希值和key查找對應(yīng)的Node節(jié)點
     *
     * @param hash
     * @param key
     * @return
     */
    final HashMap.Node<K, V> getNode(int hash, Object key) {
        // 定義局部變量tab,first,e,n和k
        HashMap.Node<K, V>[] tab;
        HashMap.Node<K, V> first, e;
        int n;
        K k;
        // 如果table數(shù)據(jù)不為null且長度大于0,且第一個Node節(jié)點不為空,則開始查找Node節(jié)點
        if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 &&
                (first = tab[(n - 1) & hash]) != null) {
            // 如果第一個Node節(jié)點的哈希值與傳入的hash值相等,且第一個Node節(jié)點的key和傳入的key相等,則直接返回第一個Node節(jié)點
            if (first.hash == hash && // always check first node
                    ((k = first.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                return first;
            // 如果第一個Node節(jié)點不是要查找的Node節(jié)點,則開始遍歷鏈表查找對應(yīng)的Node節(jié)點
            if ((e = first.next) != null) {
                if (first instanceof HashMap.TreeNode)
                    // 如果第一個Node節(jié)點是紅黑樹節(jié)點,則調(diào)用紅黑樹節(jié)點的getTreeNode方法查找對應(yīng)的Node節(jié)點
                    return ((HashMap.TreeNode<K, V>) first).getTreeNode(hash, key);
                // 如果第一個Node節(jié)點不是紅黑樹節(jié)點,則遍歷鏈表查找對應(yīng)的Node節(jié)點
                do {
                    // 如果遍歷到的Node節(jié)點的hash值與傳入的hash值相等,且Node節(jié)點的key和傳入的key相等,則返回對應(yīng)的Node節(jié)點
                    if (e.hash == hash &&
                            ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                        return e;
                } while ((e = e.next) != null);
            }
        }
        // 如果在table數(shù)組中沒有找到對應(yīng)的Node節(jié)點,則返回null
        return null;
    }

get方法工作流程如下:

根據(jù)key的hashCode計算出在哈希表中的位置
遍歷該位置上的鏈表或樹,查找對應(yīng)的鍵值對
如果找到了對應(yīng)的鍵值對,則返回對應(yīng)的value;否則返回null

put方法

    /**
     * 向HashMap中添加一個key-value鍵值對
     *
     * @param key
     * @param value
     * @return
     */
    public V put(K key, V value) {
        // 根據(jù)key的哈希值和key查找對應(yīng)的Node節(jié)點,并添加到HashMap中
        return putVal(hash(key), key, value, false, true);
    }
    /**
     * 根據(jù)key的hash值和key添加一個鍵值對到HashMap中
     *
     * @param hash
     * @param key
     * @param value
     * @param onlyIfAbsent
     * @param evict
     * @return
     */
    final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,
                   boolean evict) {
        // 定義局部變量tab,p,n和i
        HashMap.Node<K, V>[] tab;
        HashMap.Node<K, V> p;
        int n, i;
        // 如果table數(shù)組為null或者長度為0,則先調(diào)用resize()方法初始化table數(shù)組
        if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
            n = (tab = resize()).length;
        // 根據(jù)計算出來插入位置i插入新的鍵值對
        if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
            // 如果插入的位置為null,則直接插入新的鍵值對
            tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
        else {
            HashMap.Node<K, V> e;
            K k;
            // 如果插入的位置不為null,就遍歷鏈表或樹查找插入位置
            if (p.hash == hash &&
                    ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                e = p;
            else if (p instanceof HashMap.TreeNode)
                // 如果插入位置為紅黑樹節(jié)點,則調(diào)用putTreeVal方法插入新的鍵值對
                e = ((HashMap.TreeNode<K, V>) p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
            else {
                // 遍歷鏈表,查找插入位置
                for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
                    if ((e = p.next) == null) {
                        // 直接在鏈表末尾插入新的鍵值對
                        p.next = newNode(hash, key, value, null);
                        if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st
                            // 如果此時鏈表長度大于等于8,則將鏈表轉(zhuǎn)化為紅黑樹
                            treeifyBin(tab, hash);
                        break;
                    }
                    // 如果找到相同key,終止循環(huán)
                    if (e.hash == hash &&
                            ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                        break;
                    p = e;
                }
            }
            if (e != null) { // existing mapping for key
                // 如果存在相同key,則替換對應(yīng)value
                V oldValue = e.value;
                if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
                    e.value = value;
                afterNodeAccess(e);
                return oldValue;
            }
        }
        ++modCount;
        if (++size > threshold)
            // 如果插入后的HashMap的大小大于閾值,則調(diào)用resize方法擴(kuò)容HashMap
            resize();
        afterNodeInsertion(evict);
        return null;
    }

put方法工作流程如下: