HashMap源码分析

0、概述

本文针对jdk1.8版本对HashMap源码进行分析。

HashMap经过Node数据的形式存储每一组K-Value，Node<K,V>是HashMap自定义的内部类。

HashMap的最大容量和Node数据的最大容量相等。HashMap已存储的K-Value数量大于等于最大容量×加载因子时，HashMap的最大容量将扩大1倍。

HashMap的Node数组中每一个索引位置下均可以挂多个Node节点，当某个索引位置上Node节点数量大于等于8时，就会把该索引位置下全部节点的挂载方式转换为红黑树的方式。即：当Node数组某个位置上Node的数量小于8时HashMap采用数组+链表的方式存储；当Node数组某个位置上Node的数量大于等于8时HashMap采用数组+红黑树的方式存储。

一、默认HashMap构造函数

public HashMap() {
    this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR; // 初始化对象的加载因子为0.75
}

二、调用put(key,value)

public V put(K key, V value) {
    return putVal(hash(key), key, value, false, true);
}

三、final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent, boolean evict)详解

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:存放HashMap中的key-value键值对，第1次set值时对它进行初始化，必要时会进行resize，它的长度永远是2的整数次幂*/
    if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0) //第1次调用时table为null，因此会执行resize()方法，resize方法在下面解释
        n = (tab = resize()).length;
    //下面(n - 1) & hash的做用是根据key的hash值和table的长度-1进行与运算，找到一个从0到table的长度-1的索引值
    if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
        //若是根据索引找到的对象为null则新建一个Node存到Node数组的该索引位置，注意新节点的next指针为null
        tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
    else {
        //若是根据索引找到的对象不是null，说明在Node数组的该索引位置已经有对象p了
        Node<K,V> e; K k;
        if (p.hash == hash && ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
            //若是节点p中的hash值和将要set的key的hash值相同，而且p中的key值和将要set的key值相同时：说明将要set的key值已经存在，此时将此key对应的新值覆盖其对应的旧值，并返回旧值
            e = p;
        else if (p instanceof TreeNode)
            //若是节点p是一个TreeNode，说明：p是一个用双向链表表示的红黑树结构
            e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
        else {
            //若是节点p中的key值和将要set的key值不相同，而且p也不是一个链表结构，说明：p只是一个单独的Node节点。那么就找到table在这个索引上的最后一个Node，并将新set的key-value这个Node挂在table在这个索引上的最后那个节点上
            for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
                if ((e = p.next) == null) {
                    p.next = newNode(hash, key, value, null);
                    if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1)
                        //若是table上某个索引的Node链表长度达到8时，则须要将Node链表转为用TreeNode表示的红黑树结构
                        treeifyBin(tab, hash);
                    break;
                }
                if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                    break;
                p = e;
            }
        }
        if (e != null) { // existing mapping for key
            V oldValue = e.value;
            if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
                e.value = value;
            afterNodeAccess(e);
            return oldValue;
        }
    }
    ++modCount;
    if (++size > threshold) //当HashMap中的元素数量大于threadhold时，就须要对table进行从新扩容，扩容后的容量是扩容前容量的2倍
        resize();
    afterNodeInsertion(evict);
    return null;
}

四、final Node<K,V>[] resize()详解

final Node<K,V>[] resize() {
    Node<K,V>[] oldTab = table; //第1次调用时table为null
    int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length; //oldCap为旧table的长度，第1次调用时为0
    int oldThr = threshold; //threadhold：其值为0.75*当前容量，当HashMap的元素数量超过threadhold时，须要对hashmap进行扩容，它是扩容临界点
    int newCap, newThr = 0;
    if (oldCap > 0) { //第1次调用时oldCap为0
        if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) {
            threshold = Integer.MAX_VALUE;
            return oldTab;
        }
        else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY &&
                 oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)
            newThr = oldThr << 1; // double threshold
    }
    else if (oldThr > 0) // initial capacity was placed in threshold
        newCap = oldThr;
    else { //第1次调用时执行该处，默认容量为16，默认下一次扩展后容量为16*0.75=12
        newCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY;
        newThr = (int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY);
    }
    if (newThr == 0) {
        float ft = (float)newCap * loadFactor;
        newThr = (newCap < MAXIMUM_CAPACITY && ft < (float)MAXIMUM_CAPACITY ?
                  (int)ft : Integer.MAX_VALUE);
    }
    threshold = newThr; //第1次调用时threadhold值为12
    @SuppressWarnings({"rawtypes","unchecked"})
        Node<K,V>[] newTab = (Node<K,V>[])new Node[newCap]; //第1次调用时table的容量为16
    table = newTab;
    if (oldTab != null) { //第1次调用时不执行此处
        for (int j = 0; j < oldCap; ++j) {
            Node<K,V> e;
            if ((e = oldTab[j]) != null) {
                oldTab[j] = null;
                if (e.next == null)
                    newTab[e.hash & (newCap - 1)] = e;
                else if (e instanceof TreeNode)
                    //若是节点是一个TreeNode表示的红黑树，则将节点的hash值与oldCap进行与操做，将红黑树分红两个链表分别挂载到新table的j的索引位置和j+oldCap的索引位置上，在拆分过程当中若是两个链表的长度达到8则将其转换为红黑树结构
                    ((TreeNode<K,V>)e).split(this, newTab, j, oldCap);
                else { // preserve order
                    //若是节点是一个Node链表结构，则将节点的hash值与oldCap进行与操做，将链表分红两个链表分别挂载到新table的j的索引位置和j+oldCap的索引位置上。注意这两处注释中提到的hash都是和oldCap进行与操做，而不是hash和oldCap-1进行与操做。这二者的区别：oldCap是2的n次幂，而oldCap是2的n次幂-1，与2的n次幂进行与是为了将某旧链表上挂载的全部节点分红两部分分别存到新链表的两个不一样索引位置上，而与oldCap-1进行与操做是为了在新链表上为新插入的元素找到一个合适的索引位置。
                    Node<K,V> loHead = null, loTail = null;
                    Node<K,V> hiHead = null, hiTail = null;
                    Node<K,V> next;
                    do {
                        next = e.next;
                        if ((e.hash & oldCap) == 0) {
                            if (loTail == null)
                                loHead = e;
                            else
                                loTail.next = e;
                            loTail = e;
                        }
                        else {
                            if (hiTail == null)
                                hiHead = e;
                            else
                                hiTail.next = e;
                            hiTail = e;
                        }
                    } while ((e = next) != null);
                    if (loTail != null) {
                        loTail.next = null;
                        newTab[j] = loHead;
                    }
                    if (hiTail != null) {
                        hiTail.next = null;
                        newTab[j + oldCap] = hiHead;
                    }
                }
            }
        }
    }
    return newTab;
}

五、final void treeifyBin(Node<K,V>[] tab, int hash)详解

//将table该索引位置的Node链表替换为用TreeNode组成的双线链表，并将双向链表转为红黑树
final void treeifyBin(Node<K,V>[] tab, int hash) {
    int n, index; Node<K,V> e;
    if (tab == null || (n = tab.length) < MIN_TREEIFY_CAPACITY)
        resize();
    else if ((e = tab[index = (n - 1) & hash]) != null) {
        TreeNode<K,V> hd = null, tl = null;
        //下面的循环把table在该索引位置的Node链表循环转换为TreeNode双向链表
        do {
            TreeNode<K,V> p = replacementTreeNode(e, null); //把Node转换为TreeNode链表
            if (tl == null) //把table在该索引位置的第1个Node转换为TreeNode后，再将其这设为head节点
                hd = p;
            else { //把table在该索引位置的其余（非第1个）Node转换为TreeNode后，顺次挂在第1个节点后面，这是个双向链表
                p.prev = tl;
                tl.next = p;
            }
            tl = p;
        } while ((e = e.next) != null);
        if ((tab[index] = hd) != null)
            hd.treeify(tab); //将TreeNode双向链表转为红黑树
    }
}

六、final void treeify(Node<K,V>[] tab)详解

final void treeify(Node<K,V>[] tab) {
    TreeNode<K,V> root = null;
    for (TreeNode<K,V> x = this, next; x != null; x = next) {
        next = (TreeNode<K,V>)x.next;
        x.left = x.right = null;
        if (root == null) {
            x.parent = null;
            x.red = false;
            root = x;
        }
        else {
            K k = x.key;
            int h = x.hash;
            Class<?> kc = null;
            for (TreeNode<K,V> p = root;;) {
                int dir, ph;
                K pk = p.key;
                if ((ph = p.hash) > h)
                    dir = -1;
                else if (ph < h)
                    dir = 1;
                else if ((kc == null &&
                          (kc = comparableClassFor(k)) == null) ||
                         (dir = compareComparables(kc, k, pk)) == 0)
                    dir = tieBreakOrder(k, pk);

                TreeNode<K,V> xp = p;
                if ((p = (dir <= 0) ? p.left : p.right) == null) {
                    x.parent = xp;
                    if (dir <= 0)
                        xp.left = x;
                    else
                        xp.right = x;
                    root = balanceInsertion(root, x);
                    break;
                }
            }
        }
    }
    moveRootToFront(tab, root);
}