集合之HashMap源码解析

类图如下：

 

实现 java.util.Map 接口，并继承 java.util.AbstractMap 抽像类。
实现 java.io.Serializable 接口。
实现 java.lang.Cloneable 接口。

在jdk8 中hashmap 采用数组+链表+红黑树 方式实现，jdk8之前采用数组+链表实现。

属性：

    //默认初始容量16
    static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4;
    
    //最大扩容量
    static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;

    //加载因子0.75
    static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;

    //树化临界值
    static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8;

    //取消树化临界值
    static final int UNTREEIFY_THRESHOLD = 6;

    //树形化阈值
    static final int MIN_TREEIFY_CAPACITY = 64;

构造函数：

 public HashMap() {
        this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR; // all other fields defaulted
    }
    
 public HashMap(int initialCapacity) {
       //默认加载因子0.75f
        this(initialCapacity, DEFAULT_LOAD_FACTOR);
    }

 public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {
       //初始化容量小于0 抛出异常
        if (initialCapacity < 0)
            throw new IllegalArgumentException("Illegal initial capacity: " +
                                               initialCapacity);
        //大于最大值 则置为1<<30 
        if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY)
            initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY;
        if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor))
            throw new IllegalArgumentException("Illegal load factor: " +
                                               loadFactor);
        this.loadFactor = loadFactor;
        //计算阈值
        this.threshold = tableSizeFor(initialCapacity);
    }

tableSizeFor（）保证扩容量为2的n次方

static final int tableSizeFor(int cap) {
        int n = cap - 1;
        n |= n >>> 1;
        n |= n >>> 2;
        n |= n >>> 4;
        n |= n >>> 8;
        n |= n >>> 16;
        return (n < 0) ? 1 : (n >= MAXIMUM_CAPACITY) ? MAXIMUM_CAPACITY : n + 1;
    }

hash 函数： h >>> 16 为了减少hash冲突

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

put值：

   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;
        //table 为空 说明map为空 则进行扩容
        if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
            n = (tab = resize()).length;
            //(n - 1) & hash 获取key在数组中的位置 如果为空 则新建一个node
        if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
            tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
        else {
            Node<K,V> e; K k;
            //如果找到p节点 则直接使用
            if (p.hash == hash &&
                ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                e = p;
                //如果p节点在红黑树节点中 则添加进树中
            else if (p instanceof TreeNode)
                e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
            else {
            //遍历链表 
                for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
                //如果链表的下一个为空 说明该node为链表最后一个
                    if ((e = p.next) == null) {
                        p.next = newNode(hash, key, value, null);
                        //如果链表长度大于等于7 则转化为红黑树
                        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;
                }
            }
            //找到对应节点
            if (e != null) { // existing mapping for key
                V oldValue = e.value;
                if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
                    e.value = value;
                afterNodeAccess(e);
                return oldValue;
            }
        }
        //增加修改次数
        ++modCount;
        //超过阀值 进行扩容
        if (++size > threshold)
            resize()
            ;
        afterNodeInsertion(evict);
        return null;
    }

扩容resize：

final Node<K,V>[] resize() {
    Node<K,V>[] oldTab = table;
    int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length;
    int oldThr = threshold;
    int newCap, newThr = 0;
    
    // oldCap 大于 0 ，说明 table 非空
    if (oldCap > 0) {
        // 超过最大容量，则直接设置 threshold 阀值为 Integer.MAX_VALUE ，不再允许扩容
        if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) {
            threshold = Integer.MAX_VALUE;
            return oldTab;
        }
        //  newCap = oldCap << 1 ，目的是两倍扩容
        // 如果 oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY 满足，说明当前容量大于默认值（16），则 2 倍阀值。
        else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY &&
                 oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)
            newThr = oldThr << 1; // double threshold
    }
    // oldThr 大于 0 ，则使用 oldThr 作为新的容量
    else if (oldThr > 0) // initial capacity was placed in threshold
        newCap = oldThr;
    // oldThr 等于 0 ，则使用 DEFAULT_INITIAL_CAPACITY 作为新的容量，使用 DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY 作为新的容量
    else {               // zero initial threshold signifies using defaults
        newCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY;
        newThr = (int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY);
    }
    // 如果上述的逻辑，未计算新的阀值，则使用 newCap * loadFactor 作为新的阀值
    if (newThr == 0) {
        float ft = (float)newCap * loadFactor;
        newThr = (newCap < MAXIMUM_CAPACITY && ft < (float)MAXIMUM_CAPACITY ?
                  (int)ft : Integer.MAX_VALUE);
    }
    // 将 newThr 赋值给 threshold 属性
    threshold = newThr;
    // 创建新的 Node 数组，赋值给 table 属性
    @SuppressWarnings({"rawtypes","unchecked"})
    Node<K,V>[] newTab = (Node<K,V>[])new Node[newCap];
    table = newTab;
    // 如果老的 table 数组非空，则需要进行一波搬运
    if (oldTab != null) {
        for (int j = 0; j < oldCap; ++j) {
            // 获得老的 table 数组第 j 位置的 Node 节点 e
            Node<K,V> e;
            if ((e = oldTab[j]) != null) {
                // 置空老的 table 数组第 j 位置
                oldTab[j] = null;
                //如果 e 节点只有一个元素，直接赋值给新的 table 即可
                if (e.next == null)
                    newTab[e.hash & (newCap - 1)] = e;
                // 如果 e 节点是红黑树节点，则通过红黑树分裂处理
                else if (e instanceof TreeNode)
                    ((TreeNode<K,V>)e).split(this, newTab, j, oldCap);
                // 如果 e 节点是链表
                else { // preserve order
                    // HashMap 是成倍扩容，这样原来位置的链表的节点们，会被分散到新的 table 的两个位置中去
                    // 通过 e.hash & oldCap 计算，根据结果分到高位、和低位的位置中。
                    // 如果结果为 0 时，则放置到低位
                    // 如果结果非 1 时，则放置到高位
                    Node<K,V> loHead = null, loTail = null;
                    Node<K,V> hiHead = null, hiTail = null;
                    Node<K,V> next;
                    do {
                        // next 指向下一个节点
                        next = e.next;
                        // 满足低位
                        if ((e.hash & oldCap) == 0) {
                            if (loTail == null)
                                loHead = e;
                            else
                                loTail.next = e;
                            loTail = e;
                        }
                        // 满足高位
                        else {
                            if (hiTail == null)
                                hiHead = e;
                            else
                                hiTail.next = e;
                            hiTail = e;
                        }
                    } while ((e = next) != null);
                    // 设置低位到新的 newTab 的 j 位置上
                    if (loTail != null) {
                        loTail.next = null;
                        newTab[j] = loHead;
                    }
                    // 设置高位到新的 newTab 的 j + oldCap 位置上
                    if (hiTail != null) {
                        hiTail.next = null;
                        newTab[j + oldCap] = hiHead;
                    }
                }
            }
        }
    }
    return newTab;
}

移除元素remove:

public V remove(Object key) {
    Node<K,V> e;
    // hash(key) 求哈希值
    return (e = removeNode(hash(key), key, null, false, true)) == null ?
        null : e.value;
}

final Node<K,V> removeNode(int hash, Object key, Object value,
                           boolean matchValue, boolean movable) {
    Node<K,V>[] tab; // table 数组
    Node<K,V> p; // hash 对应 table 位置的 p 节点
    int n, index;
    //  查找 hash 对应 table 位置的 p 节点
    if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 &&
        (p = tab[index = (n - 1) & hash]) != null) {
        Node<K,V> node = null, // 如果找到 key 对应的节点，则赋值给 node
                e;
        K k; V v;
        // 如果找到的 p 节点，就是要找的，则则直接使用即可
        if (p.hash == hash &&
            ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
            node = p;
        else if ((e = p.next) != null) {
            // 如果找到的 p 节点，是红黑树 Node 节点，则直接在红黑树中查找
            if (p instanceof TreeNode)
                node = ((TreeNode<K,V>)p).getTreeNode(hash, key);
            //如果找到的 p 是 Node 节点，则说明是链表，需要遍历查找
            else {
                do {
                    // 如果遍历的 e 节点，就是要找的，则则直接使用即可
                    if (e.hash == hash &&
                        ((k = e.key) == key ||
                         (key != null && key.equals(k)))) {
                        node = e;
                        break; // 结束
                    }
                    p = e; // 注意，这里 p 会保存找到节点的前一个节点
                } while ((e = e.next) != null);
            }
        }
        // 如果找到 node 节点，则进行移除
        // 如果有要求匹配 value 的条件，这里会进行一次判断先移除
        if (node != null && (!matchValue || (v = node.value) == value ||
                             (value != null && value.equals(v)))) {
            //  如果找到的 node 节点，是红黑树 Node 节点，则直接在红黑树中删除
            if (node instanceof TreeNode)
                ((TreeNode<K,V>)node).removeTreeNode(this, tab, movable);
            //  如果查找到的是链表的头节点，则直接将 table 对应位置指向 node 的下一个节点，实现删除
            else if (node == p)
                tab[index] = node.next;
            //  如果查找到的是链表的中间节点，则将 p 指向 node 的下一个节点，实现删除
            else
                p.next = node.next;
            // 增加修改次数
            ++modCount;
            // 减少 HashMap 数量
            --size;
            // 移除 Node 后的回调
            afterNodeRemoval(node);
            // 返回 node
            return node;
        }
    }
    // 查找不到，则返回 null
    return null;
}

获取元素get:

public V get(Object key) {
    Node<K,V> e;
    return (e = getNode(hash(key), key)) == null ? null : e.value;
}

final Node<K,V> getNode(int hash, Object key) {
    Node<K,V>[] tab; Node<K,V> first, e; int n; K k;
    // 查找 hash 对应 table 位置的 p 节点
    if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 &&
        (first = tab[(n - 1) & hash]) != null) {
        // 如果找到的 first 节点，就是要找的，则则直接使用即可
        if (first.hash == hash && // always check first node
            ((k = first.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
            return first;
        if ((e = first.next) != null) {
            // 如果找到的 first 节点，是红黑树 Node 节点，则直接在红黑树中查找
            if (first instanceof TreeNode)
                return ((TreeNode<K,V>)first).getTreeNode(hash, key);
            // 如果找到的 e 是 Node 节点，则说明是链表，需要遍历查找
            do {
                if (e.hash == hash &&
                    ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                    return e;
            } while ((e = e.next) != null);
        }
    }
    return null;
}

containsKey：

 public boolean containsKey(Object key) {
        return getNode(hash(key), key) != null;
    }

containsValue遍历查询：

public boolean containsValue(Object value) {
    Node<K,V>[] tab; V v;
    if ((tab = table) != null && size > 0) {
        // 遍历 table 数组
        for (Node<K,V> e : tab) {
            // 处理链表或者红黑树节点
            for (; e != null; e = e.next) {
                // 如果值相等，则返回 true
                if ((v = e.value) == value ||
                    (value != null && value.equals(v)))
                    return true;
            }
        }
    }
    // 找不到，返回 false
    return false;
}

getOrDefault: 获取key对应的值 如果存在则返回 不存在则返回一个默认值

@Override
    public V getOrDefault(Object key, V defaultValue) {
        Node<K,V> e;
        return (e = getNode(hash(key), key)) == null ? defaultValue : e.value;
    }

equals :分别比较key value 值是否相等

   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;
        }
    }