HashMap源码理解与分析详解编程语言

HashMap属于是Java的热门考点。综合我看过的这么多博客来看，80%的面试都会问到，所以就写一篇自己对HashMap的理解分析吧。自己总结过一遍，记忆才会更深刻。

概览

HashMap在Java8之前是数组+链表的形式，之后是数组+链表+红黑树的形式。Java8之前，如果有多个节点发生hash冲突，存放在同一个桶里，那么hashmap的性能会退化到O(n)，而用了红黑树之后，会提高到O(log n)。

部分源码

构造方法

public HashMap() {
    
	//初始化加载因子 
    this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR; // all other fields defaulted 
} 

可以看出并没有对table进行初始化，是具有延迟加载性质的。

put方法(重要)

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为空就初始化 
    if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0) 
        n = (tab = resize()).length; 
	//赋值并比较：i赋值为此node在数组中对应位置，p就是相应位置上的那个node 
	//若p为null，即此位置没有元素，就把node直接添加在数组位置 
    if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null) 
        tab[i] = newNode(hash, key, value, null); 
    else {
    
        Node<K,V> e; K k; 
        //若已经有元素，且此元素的key与要添加元素的key相等 
        if (p.hash == hash && 
            ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) 
            e = p; 
        //否则，若数组该位置元素p是树化了的节点，就添加到树里 
        else if (p instanceof TreeNode) 
            e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value); 
        //若不是树化的，就以链表的方式往链表中插入键值对 
        else {
    
	        //添加到链表最后 
            for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
    
            	//到达最后 
                if ((e = p.next) == null) {
    
                    p.next = newNode(hash, key, value, null); 
                    //一旦链表长度超过树化的阈值，就树化，即treeifyBin 
                    if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st 
                        treeifyBin(tab, hash); 
                    break; 
                } 
                //若链表中有相同的key，就跳出循环。注意此时e存着原链表中冲突的key 
                if (e.hash == hash && 
                    ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) 
                    break; 
                p = e; 
            } 
        } 
        //若有相同的key，就覆盖并返回旧值。e为桶中的那个key对应的键值对 
        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) 
        resize(); 
    afterNodeInsertion(evict); 
    return null; 
} 

put方法中求元素在散列表中位置的方式，是用 (n-1)&hash 的方式，即模运算。而n，也就是数组长度，都是2的幂(初始长度16，随后按2倍扩大)，它减1之后再和hash值进行按位与，相当于hash对n求模,效率比起直接用%要快。有兴趣可以试一下。

get方法

get方法比较简单，整体就是用hash值来找到桶的位置，然后用key在树中或链表中进行查找。

hash方法

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

从上面的代码可以看到key的hash值的计算方法。key的hash值高16位不变，低16位与高16位异或作为key的最终hash值。（h >>> 16，表示无符号右移16位，高位补0，任何数跟0异或都是其本身，因此key的hash值高16位不变。）

为什么要这么做。原因如下：

这段代码叫“扰动函数”。

理论上散列值是一个int型，如果直接拿散列值作为下标访问HashMap主数组的话，考虑到2进制32位带符号的int表值范围从-2147483648到2147483648。前后加起来大概40亿的映射空间。只要哈希函数映射得比较均匀松散，一般应用是很难出现碰撞的。

但问题是一个40亿长度的数组，内存是放不下的。你想，HashMap扩容之前的数组初始大小才16。所以这个散列值是不能直接拿来用的。用之前还要先做对数组的长度取模运算，得到的余数才能用来访问数组下标。源码中模运算上面已经说过。

自己的高半区和低半区做异或，就是为了混合原始哈希码的高位和低位，以此来加大低位的随机性。而且混合后的低位掺杂了高位的部分特征，这样高位的信息也被变相保留下来。

其他

HashMap如何减少碰撞：

• 扰动函数：促使元素位置分布均匀，减少碰撞几率
• 使用final对象如String、Integer，final保证key不变，进而hashcode不变。并采用合适的equals方法和hashCode方法