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：
static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 16; // 默认的初始化容量（必须是2的多少次方） static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30; // 最大指定容量为2的30次方 static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f; // 默认的加载因子（用于resize） transient Entry[] 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 transient int size; // 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） int threshold; final float loadFactor; // 负载因子（用于resize） transient volatile int modCount;// 标志位，用于标识并发问题，主要用于迭代的快速失败（在迭代过程中，如果发生了put（添加而不是更新的时候）、remove操作，该值发生变化，快速失败）
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]
- threshold默认为0.75，这是综合时间和空间的利用率来考虑的，通常不要变，如果该值过大，可能会造成链表太长，导致get、put等操作缓慢；如果太小，空间利用率不足。
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 */ public HashMap() { this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR;// 负载因子：0.75 threshold = (int) (DEFAULT_INITIAL_CAPACITY * DEFAULT_LOAD_FACTOR);//当该map中存放的key-value对个数size>=12时，就resize table = new Entry[DEFAULT_INITIAL_CAPACITY];// 设置Entry数组容量为16 init(); }
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 */ 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))//loadFactor<0或者不是一个值 throw new IllegalArgumentException("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 */ int capacity = 1; while (capacity < initialCapacity) capacity <<= 1;// capacity = capacity<<1 this.loadFactor = loadFactor; threshold = (int)(capacity * loadFactor); table = new Entry[capacity]; init(); } /** * 指定初始容量 */ public HashMap(int initialCapacity) { 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：
static class Entry<K, V> implements Map.Entry<K, V> { final K key; // 该Entry的key V value; // 该Entry的value Entry<K, V> next; // 该Entry的下一个Entry（hash冲突时，形成链表） final int hash; // 该Entry的hash值 /** * Creates new entry. */ Entry(int h, K k, V v, Entry<K, V> n) { value = v; next = n; key = k; hash = h; } public final K getKey() { return key; } public final V getValue() { return value; } //为Entry设置新的value public final V setValue(V newValue) { V oldValue = value; value = newValue; return oldValue; } public final boolean equals(Object o) { if (!(o instanceof Map.Entry)) return false; 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))) return true; } return false; } public final int hashCode() { return (key == null ? 0 : key.hashCode())^(value == null ? 0 : value.hashCode()); } public final String toString() { return getKey() + "=" + 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 */ public V put(K key, V value) { /******************key==null******************/ if (key == null) return putForNullKey(value); //将空key的Entry加入到table[0]中 /******************key!=null******************/ int hash = hash(key.hashCode()); //计算key.hashcode()的hash值，hash函数由hashmap自己实现 int i = 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<K, V> 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); return oldValue;//返回旧值 } } modCount++; addEntry(hash, key, value, i);//增加一个新的Entry到table[i] return null;//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] */ private V putForNullKey(V value) { //遍历第一个数组元素table[0]中的所有Entry节点 for (Entry<K, V> 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); return oldValue; } } modCount++; addEntry(0, null, value, 0);//将新节点Entry加入到Entry[]中 return null; }
addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex)
/** * 添加新的Entry到table[bucketIndex] */ void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) { /* * 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<K, V> 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] = new Entry<K, V>(hash, key, value, e); if (size++ >= threshold)//key-value对个数大于等于threshold resize(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]. */ static int hash(int h) { //这样的hash函数应该可以尽量将hash值打散 h ^= (h >>> 20) ^ (h >>> 12); return h ^ (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 */ static int indexFor(int h, int length) { return h & (length - 1); }
注意：hashmap始终将自己的桶保持在2的n次方，这是为什么？indexFor这个方法解释了这个问题。“这个方法非常巧妙，它通过h & (table.length -1)来得到该对象的保存位，而HashMap底层数组的长度总是2的n次方，这是HashMap在速度上的优化。当length总是2的n次方时，h& (length-1)运算等价于对length取模，也就是h%length，但是&比%具有更高的效率”--http://tech.meituan.com/java-hashmap.html
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 */ void resize(int newCapacity) { Entry[] oldTable = table; int oldCapacity = 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 = new Entry[newCapacity];//newCapacity==2*oldCapacity transfer(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 */ void transfer(Entry[] newTable) { Entry[] src = table; int newCapacity = newTable.length; for (int j = 0; j < src.length; j++) {//遍历旧数组 Entry<K, V> 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<K, V> next = e.next; int i = 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 */ void transfer(Entry[] newTable) { Entry[] src = table; //旧数组 int newCapacity = newTable.length; //新数组容量 for (int j = 0; j < src.length; j++) { Entry<K, V> e = src[j];//获取旧数组中的头节点Entry if (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 */ int i = 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 */ public V get(Object key) { /****************查找key==null的value****************/ if (key == null) return getForNullKey(); /****************查找key!=null的value****************/ int hash = hash(key.hashCode());//获取key.hashCode()的hash值 for (Entry<K, V> e = table[indexFor(hash, table.length)]; e != null; e = e.next) { Object k; if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) return e.value; } return null;//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()
/** * 在table[0]中查询key==null */ private V getForNullKey() { for (Entry<K, V> e = table[0]; e != null; e = e.next) { if (e.key == null) return e.value; } return null;//找不到的话就返回null }
5.5、remove(Object key)
源代码：
/** * 删除指定key的Entry */ public V remove(Object key) { Entry<K, V> 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 */ final Entry<K, V> removeEntryForKey(Object key) { int hash = (key == null) ? 0 : hash(key.hashCode());//计算hash值 int i = indexFor(hash, table.length);//按位与计算下标 Entry<K, V> prev = table[i];//获取桶 Entry<K, V> e = prev; while (e != null) { Entry<K, V> next = e.next; Object k; if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) { modCount++; size--;//size-1 if (prev == e)//删除头节点，即示例中的Entry3 table[i] = next; else//删除除了头节点外的其他节点 prev.next = next; //e.recordRemoval(this); return e; } prev = e; e = next; } return e;//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 */ public boolean containsKey(Object key) { return getEntry(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 */ final Entry<K, V> getEntry(Object key) { int hash = (key == null) ? 0 : hash(key.hashCode());//计算hash值 for (Entry<K, V> 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)))) return e; } return null; }
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。
final Entry<K, V> nextEntry() { if (modCount != expectedModCount) throw new ConcurrentModificationException(); Entry<K, V> e = next; if (e == null) throw new NoSuchElementException(); if ((next = e.next) == null) { Entry[] t = table; while (index < t.length && (next = t[index++]) == null) ; } current = e; return e; }
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
疑问：
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），以下这个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！！！
static int hash(int h) { //这样的hash函数应该可以尽量将hash值打散 h ^= (h >>> 20) ^ (h >>> 12); return h ^ (h >>> 7) ^ (h >>> 4); }
jdk1.8对hashmap进行了改造，1.7中的hashmap最大的问题就是当链表比较长时，查询效率急剧下降；所以在1.8中，当链表长度>=8是，链表转为红黑树，提高查询效率。
