分析轮子（十）- HashMap.java 之概念梳理

注：玩的是JDK1.7版本html

一：仍是原来的风格，先上一下类的继承关系图，这样可以比较清楚的知道此类的相关特性java

二：HashMap.java 的代码比较难看，因此，我看了几天，写的话也分开来写，这样能表达的更清晰，HashMap.java 的底层数据结构，本质是单向链表数组，以下所示是单向链中节点的结构信息数组

三：既然 HashMap.java 的底层数据结构是单向链表数组，那么咱们即可以想象一下数组和单向链表这两种数据结构的特色，而后再回头想一想 HashMap.java 的实现，而后再看源码就更容易理解了，以下所示是可能的结构样子。安全

1）一般应该是以下所示的结构形式，哈希值比较均匀，部分存在冲突数据结构

2）极端状况多是以下所示的结构形式，存在大量冲突，单向链表数组变成了单向链表app

3）极端状况多是以下所示的结构形式，没有任何冲突，单向链表数组变成了简单的数组性能

四：看完如上 HashMap.java 的底层数据结构的可能呈现的样子以后，咱们再看一下 HashMap.java 中的有关属性，我的感受可能的结构了解后，更容易理解这些属性的本质，注意：HashMap.java 的特色是可动态扩容哈！测试

1）HashMap的默认初始化容量（16），表示HashMap当前最多可以装载16个元素，注意：必须是2的幂次方this

/** * The default initial capacity - MUST be a power of two. */
    static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; // aka 16

2）HashMap的最大容量 2的30次方=1073741824url

/** * The maximum capacity, used if a higher value is implicitly specified * by either of the constructors with arguments. * MUST be a power of two <= 1<<30. */
    static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;

3）HashMap默认的装载因子（0.75f），用于衡量HashMap满的程度，0.75=3/4，换言之当HashMap中的元素超过当前容量的3/4的时候，HashMap就会进行动态的扩容

/** * The load factor used when none specified in constructor. */
    static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;

4）HashMap没有真正放置元素时，是一个空数组

/** * An empty table instance to share when the table is not inflated. */
    static final Entry<?,?>[] EMPTY_TABLE = {};

5）HashMap没有真正放置元素时，是一个空数组，注意：HashMap的容量长度必须是2的幂次方

/** * The table, resized as necessary. Length MUST Always be a power of two. */
    transient Entry<K,V>[] table = (Entry<K,V>[]) EMPTY_TABLE;

6）HashMap中 key-value mapping 映射对的个数

/** * The number of key-value mappings contained in this map. */
    transient int size;

7）HashMap 动态扩容的临界值，每当 size>threshold 的时候，HashMap 就会动态扩容了，threshold = capacity * load factor

/** * The next size value at which to resize (capacity * load factor). * @serial
     */
    // If table == EMPTY_TABLE then this is the initial capacity at which the // table will be created when inflated.
    int threshold;

8）装载因子，用于 HashMap 是否进行动态扩容计算的变量之一，默认值是0.75f，如无必要一般没必要改变

/** * The load factor for the hash table. * * @serial
     */
    final float loadFactor;

五：实验实验，玩一把，看看什么状况

1）结论性信息的都放在了代码注释之中，以下所示（能够本身动手调整一下参数配置，跑跑看）

/** * @description：玩一把HashMap * @author：godtrue * @create：2018-09-28 */
public class TestMap { /** * 开始循环的基数 */
    public static final int START_LOOP=1; /** * 结束循环的基数 */
    public static final int END_LOOP=17; /** * *@description: 测试入口，主方法 *@param args *@return: void *@author: godtrue *@createTime: 2018-09-28 9:53 *@version: v1.0 */
    public static void main(String[] args) { /** * 此处能够调用不一样的构造方法来观察，HashMap 的容量、装载因子、扩容临界值、K-V映射对的个数等重点参数之间的关系 * 重点强调一次 * 1：capacity 容量——HashMap最多能装载元素个数 * 2：loadFactor 装载因子——表示HashMap满的程度，判断HashMap是否扩容的变量之一 * 3：threshold 扩容临界值——判断HashMap是否扩容的标准（ threshold = capacity * loadFactor ） * 4：size HashMap 已经装载的元素个数——已经转载进入HashMap的 K-V mapping 映射对的个数 * * 5：HashMap 可以动态扩容，当 size > threshold 时 HashMap，便会自动库容，每次扩容的长度是原来 容量 的 2 倍 * 6：HashMap 的 key 和 value 均可觉得 null * 7：HashMap 是非线程安全的 * */
        //Map hashMap = new HashMap<String,String>();
        Map hashMap = new HashMap<String,String>(1); for(int i = TestMap.START_LOOP;i<TestMap.END_LOOP;i++){ /** * 此处能够控制 key 值，来观察一下运行的状况 */
            //hashMap.put(null,"i am godtrue"+i); //hashMap.put("godtrue","i am godtrue"+i);
            hashMap.put("godtrue"+i,"i am godtrue"+i); printMapInfo(hashMap,i); } System.out.println("hashMap is : "+hashMap); } /** * *@description: 将 Map 的参数信息打印到控制台，主要是打印 容量、装载因子、扩容临界值、K-V映射对的个数 等参数信息 *@param map *@param i *@return: void *@author: godtrue *@createTime: 2018-09-28 *@version: v1.0 */
    private synchronized static void printMapInfo(Map map,int i){ System.out.println("添加第 "+i +" 个元素后"); printMapMethodInfo(map,"capacity"); printMapFieldInfo(map,"loadFactor"); printMapFieldInfo(map,"threshold"); printMapFieldInfo(map,"size"); System.out.println("***********************************************\n"); } /** * *@description: 将 Map 的属性信息打印到控制台，主要是打印 装载因子、扩容临界值、K-V映射对的个数 等参数信息 *@param map *@param property *@return: void *@author: godtrue *@createTime: 2018-09-28 *@version: v1.0 */
    private static void printMapFieldInfo(Map map,String property){ try { Class<?> mapType = map.getClass(); Field field = mapType.getDeclaredField(property); field.setAccessible(true); System.out.println(field +" : "+ field.get(map)); }catch (Exception e){ System.err.println("e is :"+e); e.printStackTrace(); } } /** * *@description: 将 Map 的方法信息打印到控制台，主要是想打印 容量 的信息 *@param map *@param property *@return: void *@author: godtrue *@createTime: 2018-09-28 *@version: v1.0 */
    private static void printMapMethodInfo(Map map,String property){ try { Class<?> mapType = map.getClass(); Method method = mapType.getDeclaredMethod(property); method.setAccessible(true); System.out.println(method +" : "+ method.invoke(map)); }catch (Exception e){ System.err.println("e is :"+e); e.printStackTrace(); } } }

2）仔细观察以下日志，能够印证上述代码注释中的部分结论，注意：请重点关注 capacity、loadFactor、threahold、size之间的变化关系

添加第 1 个元素后 int java.util.HashMap.capacity() : 1
final float java.util.HashMap.loadFactor : 0.75
int java.util.HashMap.threshold : 0
transient int java.util.HashMap.size : 1
*********************************************** 添加第 2 个元素后 int java.util.HashMap.capacity() : 2 //扩容
final float java.util.HashMap.loadFactor : 0.75
int java.util.HashMap.threshold : 1
transient int java.util.HashMap.size : 2
*********************************************** 添加第 3 个元素后 int java.util.HashMap.capacity() : 4 //扩容
final float java.util.HashMap.loadFactor : 0.75
int java.util.HashMap.threshold : 3
transient int java.util.HashMap.size : 3
*********************************************** 添加第 4 个元素后 int java.util.HashMap.capacity() : 4
final float java.util.HashMap.loadFactor : 0.75
int java.util.HashMap.threshold : 3
transient int java.util.HashMap.size : 4
*********************************************** 添加第 5 个元素后 int java.util.HashMap.capacity() : 8 //扩容
final float java.util.HashMap.loadFactor : 0.75
int java.util.HashMap.threshold : 6
transient int java.util.HashMap.size : 5
*********************************************** 添加第 6 个元素后 int java.util.HashMap.capacity() : 8
final float java.util.HashMap.loadFactor : 0.75
int java.util.HashMap.threshold : 6
transient int java.util.HashMap.size : 6
*********************************************** 添加第 7 个元素后 int java.util.HashMap.capacity() : 8
final float java.util.HashMap.loadFactor : 0.75
int java.util.HashMap.threshold : 6
transient int java.util.HashMap.size : 7
*********************************************** 添加第 8 个元素后 int java.util.HashMap.capacity() : 8
final float java.util.HashMap.loadFactor : 0.75
int java.util.HashMap.threshold : 6
transient int java.util.HashMap.size : 8
*********************************************** 添加第 9 个元素后 int java.util.HashMap.capacity() : 16 //扩容
final float java.util.HashMap.loadFactor : 0.75
int java.util.HashMap.threshold : 12
transient int java.util.HashMap.size : 9
*********************************************** 添加第 10 个元素后 int java.util.HashMap.capacity() : 16
final float java.util.HashMap.loadFactor : 0.75
int java.util.HashMap.threshold : 12
transient int java.util.HashMap.size : 10
*********************************************** 添加第 11 个元素后 int java.util.HashMap.capacity() : 16
final float java.util.HashMap.loadFactor : 0.75
int java.util.HashMap.threshold : 12
transient int java.util.HashMap.size : 11
*********************************************** 添加第 12 个元素后 int java.util.HashMap.capacity() : 16
final float java.util.HashMap.loadFactor : 0.75
int java.util.HashMap.threshold : 12
transient int java.util.HashMap.size : 12
*********************************************** 添加第 13 个元素后 int java.util.HashMap.capacity() : 32 //扩容
final float java.util.HashMap.loadFactor : 0.75
int java.util.HashMap.threshold : 24
transient int java.util.HashMap.size : 13
*********************************************** 添加第 14 个元素后 int java.util.HashMap.capacity() : 32
final float java.util.HashMap.loadFactor : 0.75
int java.util.HashMap.threshold : 24
transient int java.util.HashMap.size : 14
*********************************************** 添加第 15 个元素后 int java.util.HashMap.capacity() : 32
final float java.util.HashMap.loadFactor : 0.75
int java.util.HashMap.threshold : 24
transient int java.util.HashMap.size : 15
*********************************************** 添加第 16 个元素后 int java.util.HashMap.capacity() : 32
final float java.util.HashMap.loadFactor : 0.75
int java.util.HashMap.threshold : 24
transient int java.util.HashMap.size : 16
*********************************************** hashMap is : {godtrue4=i am godtrue4, godtrue5=i am godtrue5, godtrue2=i am godtrue2, godtrue3=i am godtrue3, godtrue8=i am godtrue8, godtrue9=i am godtrue9, godtrue6=i am godtrue6, godtrue7=i am godtrue7, godtrue1=i am godtrue1, godtrue10=i am godtrue10, godtrue12=i am godtrue12, godtrue11=i am godtrue11, godtrue14=i am godtrue14, godtrue13=i am godtrue13, godtrue16=i am godtrue16, godtrue15=i am godtrue15} Process finished with exit code 0

六：几个为何？

1）为何 HashMap 的默认容量是 16，而且强调容量必须是 2 的幂次方呢？

HashMap 的容量必须是 2 的幂次方，主要是出于性能的考虑，能够使用位于运算来计算单向链表数组的下标位置。

详情可参考

http://www.hollischuang.com/archives/2091

http://www.cnblogs.com/chenssy/p/3521565.html

https://blog.csdn.net/justloveyou_/article/details/62893086

默认值为何是16呢？

首先，16 是 2的4次方，符合容量是 2 的幂次方的强性规定，其次，我猜想 16 多是一个样本比较集中的 HashMap的容量

2）为何 HashMap 的默认装载因子是 0.75f，而且不建议自定义呢？

HashMap 的默认装载因子是0.75f，主要是时间和空间成本上一种折衷。

详情可参考

http://alex09.iteye.com/blog/539545/

3）为何 HashMap 在扩容的时候，老是扩大原来容量的 2 倍呢？

首先，容量扩大 2 倍后，仍然符合容量是 2 的幂次方的强性规定（注意：容量是2的幂次方），其次，一样是出于性能考虑，直接经过左移移位即可实现

七）本篇，编写的过程当中参看了 http://www.hollischuang.com/archives/2416