HashMap（JDK8）源码分析

get逻辑：

HashMap数据结构为数组加链表加红黑树、只有当链表数量大于8时、才将链表转换为红黑树、时间复杂度由链表的O(N)转换为红黑树的O(logN)

// 主要看getNode下的方法、传入key的hash值和key
public V get(Object key) {
    Node<K,V> e;
    return (e = getNode(hash(key), key)) == null ? null : e.value;
}

// 返回一个Node对象、包含了key和value、在get方法中在返回value值
final Node<K,V> getNode(int hash, Object key) {
    // tab：Node<K, V>对象数组
    Node<K,V>[] tab;
    // first: 指向key hash值对应的数组值 e: first对应Node对象的下一个节点
    Node<K,V> first, e; 
    // n: 指向当前HashMpa的数组长度
    int n;
    // k: 临时变量、指向 key
    K k;
    // 这里检测HashMap对象的数组是否存在、长度是否大于0、((n - 1) & hash)根据此表达式算出key对应的数组位置、在检查是否存在对象。
    if (
        (tab = table) != null && 
        (n = tab.length) > 0 &&
        (first = tab[(n - 1) & hash]) != null
    ) {
        // first当前值为一个Node节点
        // 这个if是检测当前的first指向的Node是否是要获取的对象
        // 直接判断first的hash值和要获取的hash值是否一直、并且key的值是否一直、通过 ==判断地址!=null和equals判断、key赋值为first的key
        if (first.hash == hash && ((k = first.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
            // 判断一致后直接返回要获取的Node节点给get、get在返回Node的value值
            return first;
        // 由于上面查找都查找不到、所以要查找Node的下一个节点、即查询链表或者红黑树
        if ((e = first.next) != null) {
            // 检查first对象是否是TreeNode（红黑树）
            if (first instanceof TreeNode)
                // 当前first为红黑树对象、直接根据key调用内部的检索方法获取对应的value
                return ((TreeNode<K,V>)first).getTreeNode(hash, key);
            do {
                // 链表查询、由于first上面判断过不是要查找的对象、e在上面语句已经指向first下一个节点、所以直接开始判断
                // 和上面的判断一样、检查hash值和key、qeuals判断、如果有则返回对应的Node对象、没有则最终执行下面的return null;语句。
                if (e.hash == hash &&
                    ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                    return e;
            } while ((e = e.next) != null);
        }
    }
    // 表示当前对象并没有存储相关的key值、返回null
    return null;
}

put逻辑

public V put(K key, V value) {
    // 内部调用putVal设置值、参数如下int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent（如果为 true，则不更改现有值）,boolean evict（如果为 false，则表处于创建模式）
    return putVal(hash(key), key, value, false, true);
}

// 参数如下int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent（如果为 true，则不更改现有值）,boolean evict（如果为 false，则表处于创建模式）
final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,
               boolean evict) {
    // tab指向当前HashMap对象数组
    Node<K,V>[] tab; 
    // p指向key的hash值所在的数组Node对象
    Node<K,V> p;
    // n：HashMap数组的长度、i：key的hash值对应的索引（index）
    int n, i;
    // 判断当前HashMap的数组对象是否为空、并且长度是否为0
    if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
        // 分配数组空间并把长度返回给n
        n = (tab = resize()).length;
    // 计算hash对应的索引是否有对象存在、没有的话则创建Node对象、并将要put的值写入Node对象、在返回给数组
    if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
        tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
    // 要将Node对象写入到链表或者红黑树中
    else {
        // e: 代表最终你要写入的Node对象
        Node<K,V> e; 
        // k: 指向hash值对象的Node节点的key
        K k;
        // 检查是否是同一个hash值、key是否相对或者进行equals判断
        if (p.hash == hash &&
            ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
            // 代表同一个对象、赋值给e、最后在写入值
            e = p;
        // 检测是否是红黑树节点
        else if (p instanceof TreeNode)
            // 检测是红黑树对象、直接调用内部的写入方法、在返回一个Node<K, V>节点对象、最后在写入值、putTreeVal里面其实已经写入value了、后面在写入一次。
            e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
        else {
            // 链表操作、binCount检测有多少个链表节点、根据TREEIFY_THRESHOLD常量设定的值8、超过8个链表节点、则将该链表转换为红黑树
            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
                        // 将数组传入
                        treeifyBin(tab, hash);
                    break;
                }
                // 检测当前插入的对象是否一致、一致的话直接返回e、下面在将要写入的值赋值给变量e对象
                if (e.hash == hash &&
                    ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                    break;
                p = e;
            }
        }
        // 检测e对象是否不为空、不为空则下面写入对应的value值
        if (e != null) { // existing mapping for key
            V oldValue = e.value;
            // onlyIfAbsent为true表示不更新对象
            if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
                // 将值写入
                e.value = value;
            afterNodeAccess(e);
            return oldValue;
        }
    }
    ++modCount;
    // 当前数组长度自增1大于上次扩容长度后、重新扩容并且把重新扩容的大小赋值给threshold
    if (++size > threshold)
        // 重新调整数组长度
        resize();
    // LinkedHashMap中重写了、HashMap中没有具体实现
    afterNodeInsertion(evict);
    // 对应的key无法写入、返回null       
    return null;
}

数组扩容(resize)

final Node<K,V>[] resize() {
    // 获取当前数组
    Node<K,V>[] oldTab = table;
    // 获取数组长度
    int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length;
    // size > threshold (capacity * loadFactor) 执行扩容
    int oldThr = threshold;
    int newCap, newThr = 0;
    if (oldCap > 0) {
        // MAXIMUM_CAPACITY数组最大容量、如果大于等于则不扩容、直接返回数组
        if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) {
            threshold = Integer.MAX_VALUE;
            return oldTab;
        }
        // oldCap << 1: 数组长度 * 2
        else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY &&
                 oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)
            // newThr = oldThr * 2
            newThr = oldThr << 1;
    }
    // 数组长度为0时的情况、并且调用构造函数初始话过 loadFactor和threshold
    else if (oldThr > 0)
        // 初始化新创建的数组长度
        newCap = oldThr;
    // 默认情况、即无参构造函数、第一次数组扩容会走这里
    else {
        // 默认数组长度16
        newCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY;
        // 默认 threshold = 默认装载因子0.75f * 默认数组长度16 = 12
        newThr = (int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY);
    }
    // 计算newThr、防止过大
    if (newThr == 0) {
        float ft = (float)newCap * loadFactor;
        newThr = (newCap < MAXIMUM_CAPACITY && ft < (float)MAXIMUM_CAPACITY ?
                  (int)ft : Integer.MAX_VALUE);
    }
    threshold = newThr;
    // 抑制警告
    @SuppressWarnings({"rawtypes","unchecked"})
    // 创建新的数组、并返回给HashMap对象
    Node<K,V>[] newTab = (Node<K,V>[])new Node[newCap];
    table = newTab;
    // 对整个数据结构的重新操作、即将旧的数据结构（数组+链表+红黑树）中的数据一个个转移至新创建的数组中
    if (oldTab != null) {
        // 先对之前的长度遍历
        for (int j = 0; j < oldCap; ++j) {
            // 临时Node节点
            Node<K,V> e;
            // 遍历之前的数组、从中取出数据转移至新数组中、并将之前的数组引用着的对象置为null、方便垃圾回收
            if ((e = oldTab[j]) != null) {
                oldTab[j] = null;
                // 数组中获得的节点没有下一个节点的情况
                if (e.next == null)
                    // 直接给新数组传递Node节点
                    newTab[e.hash & (newCap - 1)] = e;
                // 当数组中的节点存在下一个节点并且是红黑树时
                else if (e instanceof TreeNode)
                    // 红黑树数据转移
                    ((TreeNode<K,V>)e).split(this, newTab, j, oldCap);
                // 当数组中的节点存在下一个节点并且是链表
                else {
                    Node<K,V> loHead = null, loTail = null;
                    Node<K,V> hiHead = null, hiTail = null;
                    Node<K,V> next;
                    // 循环遍历当前链表中的Node节点
                    do {
                        // 先获取下一个Node节点
                        next = e.next;
                        // 判断当前节点是否需要移位、即在新数组中的索引位置和旧数组的索引位置是否相同
                        // 等价于 (e.hash & (newCap - 1)) == j
                        // 不移位的Node节点
                        if ((e.hash & oldCap) == 0) {
                            if (loTail == null)
                                loHead = e;
                            else
                                loTail.next = e;
                            loTail = e;
                        }
                        // 移位的Node节点
                        else {
                            if (hiTail == null)
                                hiHead = e;
                            else
                                hiTail.next = e;
                            hiTail = e;
                        }
                    } while ((e = next) != null);
                    // 将链表节点转移到新的数组中去
                    if (loTail != null) {
                        loTail.next = null;
                        newTab[j] = loHead;
                    }
                    if (hiTail != null) {
                        hiTail.next = null;
                        newTab[j + oldCap] = hiHead;
                    }
                }
            }
        }
    }
    return newTab;
}

红黑树节点转移

final void split(HashMap<K,V> map, Node<K,V>[] tab, int index, int bit) {
    // 获取要转移的红黑树Node节点
    TreeNode<K,V> b = this;

    TreeNode<K,V> loHead = null, loTail = null;
    TreeNode<K,V> hiHead = null, hiTail = null;
    int lc = 0, hc = 0;
    // 遍历红黑树的Node节点、因为该Node继承了LinkedHashMap.Entry、所有可以根据next遍历整个树的节点
    for (TreeNode<K,V> e = b, next; e != null; e = next) {
        next = (TreeNode<K,V>)e.next;
        e.next = null;
        // 判断当前节点是否需要移位、即在新数组中的索引位置和旧数组的索引位置是否相同
        // 等价于 (e.hash & (newCap - 1)) == j
        // 不移位的Node节点
        if ((e.hash & bit) == 0) {
            if ((e.prev = loTail) == null)
                loHead = e;
            else
                loTail.next = e;
            loTail = e;
            ++lc;
        }
        // 移位的Node节点
        else {
            if ((e.prev = hiTail) == null)
                hiHead = e;
            else
                hiTail.next = e;
            hiTail = e;
            ++hc;
        }
    }

    if (loHead != null) {
        // 检查红黑树节点数量、小于6则转换为链表
        if (lc <= UNTREEIFY_THRESHOLD)
            tab[index] = loHead.untreeify(map);
        else {
            tab[index] = loHead;
            if (hiHead != null)
                // 将新的节点转换为红黑树
                loHead.treeify(tab);
        }
    }
    if (hiHead != null) {
        // 检查红黑树节点数量、小于6则转换为链表
        if (hc <= UNTREEIFY_THRESHOLD)
            tab[index + bit] = hiHead.untreeify(map);
        else {
            tab[index + bit] = hiHead;
            if (loHead != null)
                // 将新的节点转换为红黑树
                hiHead.treeify(tab);
        }
    }
}

关键变量解释

size

size表示HashMap中存放KV的数量（为链表和树中的KV的总和）。

capacity

capacity译为容量。capacity就是指HashMap中数组的数量。默认值为16。一般第一次扩容时会扩容到64，之后好像是2倍。总之，容量都是2的幂。

loadFactor

loadFactor译为装载因子。装载因子用来衡量HashMap满的程度。loadFactor的默认值为0.75f。计算HashMap的实时装载因子的方法为：size/ capacity

默认值为0.75f，设置成0.75有一个好处，那就是0.75正好是3/4

对于一个默认的HashMap来说，默认情况下，当其size大于12(16*0.75)时就会触发扩容。

threshold

threshold表示当HashMap的size大于threshold时会执行resize(数组扩容)操作。
threshold = capacity * loadFactor