深刻JDK源码之HashMap类
基于哈希表的 Map 接口的实现。此实现提供全部可选的映射操做，并容许使用 null 值和 null 键。（除了非同步和容许使用 null 以外，HashMap 类与 Hashtable 大体相同。）此类不保证映射的顺序，特别是它不保证该顺序恒久不变。java
此实现假定哈希函数将元素适当地分布在各桶之间，可为基本操做（get 和 put）提供稳定的性能。迭代 collection 视图所需的时间与 HashMap 实例的“容量”（桶的数量）及其大小（键-值映射关系数）成比例。因此，若是迭代性能很重要，则不要将初始容量设置得过高（或将加载因子设置得过低）。算法
HashMap的实例有两个参数影响其性能：初始容量和加载因子。容量是哈希表中桶的数量，初始容量只是哈希表在建立时的容量。加载因子是哈希表在其容量自动增长以前能够达到多满的一种尺度。当哈希表中的条目数超出了加载因子与当前容量的乘积时，则要对该哈希表进行 rehash 操做（即重建内部数据结构），从而哈希表将具备大约两倍的桶数。数组
一般，默认加载因子 (0.75) 在时间和空间成本上寻求一种折衷。加载因子太高虽然减小了空间开销，但同时也增长了查询成本（在大多数 HashMap 类的操做中，包括 get 和 put 操做，都反映了这一点）。在设置初始容量时应该考虑到映射中所需的条目数及其加载因子，以便最大限度地减小 rehash 操做次数。若是初始容量大于最大条目数除以加载因子，则不会发生 rehash 操做。安全
若是不少映射关系要存储在 HashMap 实例中，则相对于按需执行自动的 rehash 操做以增大表的容量来讲，使用足够大的初始容量建立它将使得映射关系能更有效地存储。数据结构
##HashMap的数据结构## HashMap用了一个名字为table的Entry类型数组；数组中的每一项又是一个Entry链表。 
app
// 默认的初始化大小
static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 16;
// 最大的容量
static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;
// 负载因子
static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;
// 储存key-value键值对的数组，一个键值对对象映射一个Entry对象
transient Entry[] table;
// 键值对的数目
transient int size;
// 调整HashMap大小门槛，该变量包含了HashMap能容纳的key-value对的极限，它的值等于HashMap的容量乘以负载因子
int threshold;
// 加载因子
final float loadFactor;
// HashMap结构修改次数,防止在遍历时，有其余的线程在进行修改
transient volatile int modCount;
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))
throw new IllegalArgumentException("Illegal load factor: "
+ loadFactor);
// Find a power of 2 >= initialCapacity
int capacity = 1;
// 使得capacity 的大小为2的幂，至于为何，请看下面
while (capacity < initialCapacity)
capacity <<= 1;
this.loadFactor = loadFactor;
threshold = (int) (capacity * loadFactor);
table = new Entry[capacity];
init();
}
下面是用于包装key-value映射关系的Entry，它是HashMap的静态内部类：函数
static class Entry<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
final K key;
V value;
Entry<K,V> next;
int hash;
/**
* 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;
}
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();
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 Objects.hashCode(getKey()) ^ Objects.hashCode(getValue());
}
public final String toString() {
return getKey() + "=" + getValue();
}
/**
* This method is invoked whenever the value in an entry is
* overwritten by an invocation of put(k,v) for a key k that's already
* in the HashMap.
*/
void recordAccess(HashMap<K,V> m) {
}
/**
* This method is invoked whenever the entry is
* removed from the table.
*/
void recordRemoval(HashMap<K,V> m) {
}
}
##HashMap的put和get及remove方法##性能
// 根据key获取value
public V get(Object key) {
if (key == null)
return getForNullKey();
//根据key的hashCode值计算它的hash码
int hash = hash(key.hashCode());
//直接取出table数组中指定索引处的值
for (Entry<K, V> e = table[indexFor(hash, table.length)];
e != null;
//搜索该Entry链的下一个Entry
e = e.next) {
Object k;
//若是该Entry的key与被搜索key相同
if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k)))
return e.value;
}
return null;
}
private V getForNullKey() {
//key为null，hash码为0，也就是说key为null的Entry位于table[0]的Entry链上
for (Entry<K, V> e = table[0]; e != null; e = e.next) {
if (e.key == null)
return e.value;
}
return null;
}
public V put(K key, V value) {
if (key == null)
return putForNullKey(value);
//根据key的hashCode值计算它的hash码
int hash = hash(key.hashCode());
//搜索指定hash值对应table中的索引值
int i = indexFor(hash, table.length);
for (Entry<K, V> e = table[i]; e != null; e = e.next) {
Object k;
//若是找到指定key与须要放入的key相等（hash值相同，经过equals比较返回true）
if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {
V oldValue = e.value;
//新的值覆盖旧值
e.value = value;
//这个方法是个空方法，多是表示个标记，字面意思是表示记录访问
e.recordAccess(this);
//返回旧值
return oldValue;
}
}
modCount++;
//若是i处索引处的Entry为null，表示此处尚未Entry
//将key、value添加到i索引处
addEntry(hash, key, value, i);
return null;
}
//key=null的键值对,默认存放table[0]的Entry链
private V putForNullKey(V value) {
for (Entry<K, V> e = table[0]; e != null; e = e.next) {
if (e.key == null) {
V oldValue = e.value;
e.value = value;
e.recordAccess(this);
return oldValue;
}
}
modCount++;
addEntry(0, null, value, 0);
return null;
}
void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
Entry<K, V> e = table[bucketIndex];
table[bucketIndex] = new Entry<K, V>(hash, key, value, e);
if (size++ >= threshold)
resize(2 * table.length);
}
//根据键值移除key-value映射对象
public V remove(Object key) {
Entry<K, V> e = removeEntryForKey(key);
return (e == null ? null : e.value);
}
final Entry<K, V> removeEntryForKey(Object key) {
int hash = (key == null) ? 0 : hash(key.hashCode());
int i = indexFor(hash, table.length);
Entry<K, V> prev = table[i];
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--;
if (prev == e)
table[i] = next;
else
prev.next = next;
//空方法，表示移除记录
e.recordRemoval(this);
return e;
}
prev = e;
e = next;
}
return e;
}
##HashMap的hash算法和size大小调整##this
static int hash(int h) {//这里不是很懂，得向他人请教
// This function ensures that hashCodes that differ only by
// constant multiples at each bit position have a bounded
// number of collisions (approximately 8 at default load factor).
h ^= (h >>> 20) ^ (h >>> 12);
return h ^ (h >>> 7) ^ (h >>> 4);
}
/**
* Returns index for hash code h.
*/
// 根据hash码求的数组小标并返回，当length为2的幂时，h & (length-1)等价于h%(length-1)，这里也就是为何前面说table的长度必须是2的幂
static int indexFor(int h, int length) {
return h & (length - 1);
}
// 调整大小
void resize(int newCapacity) {
Entry[] oldTable = table;
int oldCapacity = oldTable.length;
if (oldCapacity == MAXIMUM_CAPACITY) {
threshold = Integer.MAX_VALUE;
return;
}
Entry[] newTable = new Entry[newCapacity];
transfer(newTable);
table = newTable;
threshold = (int) (newCapacity * loadFactor);
}
/**
* Transfers all entries from current table to newTable.
*/
void transfer(Entry[] newTable) {
Entry[] src = table;
int newCapacity = newTable.length;
for (int j = 0; j < src.length; j++) {
Entry<K, V> e = src[j];
if (e != null) {
src[j] = null;
do {
//注意这里哈，HashMap不保证顺序恒久不变
//在这里能够找到答案
Entry<K, V> next = e.next;
int i = indexFor(e.hash, newCapacity);
e.next = newTable[i];
newTable[i] = e;
e = next;
} while (e != null);
}
}
}
##HashMap与Set的关系## Set表明一种集合元素无序、集合元素不可重复的集合。若是只考察HashMap中的key，不难发现集合中的key有一个特征：全部的key不能重复，key之间无序。具有了Set的特征，全部的key集合起来组成一个Set集合。同理全部的Entry集合起来，也是一个Set集合。而value是能够重复的，不能组成一个Set集合，在HashMap源代码中提供了values()方法把value集合起来组成Collection集合。线程
private abstract class HashIterator<E> implements Iterator<E> {
Entry<K, V> next; // next entry to return
int expectedModCount; // For fast-fail
int index; // current slot
Entry<K, V> current; // current entry
HashIterator() {
expectedModCount = modCount;
if (size > 0) { // advance to first entry
Entry[] t = table;
while (index < t.length && (next = t[index++]) == null)
;
}
}
public final boolean hasNext() {
return next != null;
}
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;
}
public void remove() {
if (current == null)
throw new IllegalStateException();
if (modCount != expectedModCount)
throw new ConcurrentModificationException();
Object k = current.key;
current = null;
HashMap.this.removeEntryForKey(k);
expectedModCount = modCount;
}
}
private final class ValueIterator extends HashIterator<V> {
public V next() {
return nextEntry().value;
}
}
private final class KeyIterator extends HashIterator<K> {
public K next() {
return nextEntry().getKey();
}
}
private final class EntryIterator extends HashIterator<Map.Entry<K, V>> {
public Map.Entry<K, V> next() {
return nextEntry();
}
}
Iterator<K> newKeyIterator() {
return new KeyIterator();
}
Iterator<V> newValueIterator() {
return new ValueIterator();
}
Iterator<Map.Entry<K, V>> newEntryIterator() {
return new EntryIterator();
}
// Views
private transient Set<Map.Entry<K, V>> entrySet = null;
//把全部的key集合成Set集合
public Set<K> keySet() {
Set<K> ks = keySet;
return (ks != null ? ks : (keySet = new KeySet()));
}
private final class KeySet extends AbstractSet<K> {
public Iterator<K> iterator() {
return newKeyIterator();
}
public int size() {
return size;
}
public boolean contains(Object o) {
return containsKey(o);
}
public boolean remove(Object o) {
return HashMap.this.removeEntryForKey(o) != null;
}
public void clear() {
HashMap.this.clear();
}
}
//把全部的values集合成Collection集合
public Collection<V> values() {
Collection<V> vs = values;
return (vs != null ? vs : (values = new Values()));
}
private final class Values extends AbstractCollection<V> {
public Iterator<V> iterator() {
return newValueIterator();
}
public int size() {
return size;
}
public boolean contains(Object o) {
return containsValue(o);
}
public void clear() {
HashMap.this.clear();
}
}
//把全部的Entry对象集合成Set集合
public Set<Map.Entry<K, V>> entrySet() {
return entrySet0();
}
private Set<Map.Entry<K, V>> entrySet0() {
Set<Map.Entry<K, V>> es = entrySet;
return es != null ? es : (entrySet = new EntrySet());
}
private final class EntrySet extends AbstractSet<Map.Entry<K, V>> {
public Iterator<Map.Entry<K, V>> iterator() {
return newEntryIterator();
}
public boolean contains(Object o) {
if (!(o instanceof Map.Entry))
return false;
Map.Entry<K, V> e = (Map.Entry<K, V>) o;
Entry<K, V> candidate = getEntry(e.getKey());
return candidate != null && candidate.equals(e);
}
public boolean remove(Object o) {
return removeMapping(o) != null;
}
public int size() {
return size;
}
public void clear() {
HashMap.this.clear();
}
}
##Fail-Fast策略（速错）## HashMap不是线程安全的，所以若是在使用迭代器的过程当中有其余线程修改了map，那么将抛ConcurrentModificationException，这就是所谓fail-fast策略（速错），这一策略在源码中的实现是经过modCount域，modCount顾名思义就是修改次数，对HashMap内容的修改都将增长这个值，那么在迭代器初始化过程当中会将这个值赋给迭代器的expectedModCount。在迭代过程当中，判断modCount跟expectedModCount是否相等，若是不相等就表示已经有其余线程修改了。
private abstract class HashIterator<E> implements Iterator<E> {
Entry<K, V> next; // next entry to return
int expectedModCount; // For fast-fail
int index; // current slot
Entry<K, V> current; // current entry
HashIterator() {
expectedModCount = modCount;
if (size > 0) { // advance to first entry
Entry[] t = table;
while (index < t.length && (next = t[index++]) == null)
;
}
}
public final boolean hasNext() {
return next != null;
}
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;
}
public void remove() {
if (current == null)
throw new IllegalStateException();
if (modCount != expectedModCount)
throw new ConcurrentModificationException();
Object k = current.key;
current = null;
HashMap.this.removeEntryForKey(k);
expectedModCount = modCount;
}
}
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