hashMap作为java开发面试最常考的一个题目之一，有必要花时间去阅读源码，了解底层实现原理。
首先，让我们看看hashMap这个类有哪些属性
// hashMap初始数组容量 static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; // aka 16 // 最大容量 static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30; // 装载因子 static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f; // 当某一桶下（key）的链表长度大于等于8时，该桶下的数据将由list结构转成红黑树结构 static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8; // hashMap 中的数组结构 transient Node<K,V>[] table; // 当某一桶下的红黑树节点数小于等于6时，将变回list static final int UNTREEIFY_THRESHOLD = 6; // hashmap 进行红黑树化的桶数量最小大小，就是说即使某一个桶中已达到8个，但并不一定会转成红黑树，还要判断桶数量是否达到64，若没达到，但还是有一些桶中元素达到8个及以上，说明碰撞较为严重，进行扩容 static final int MIN_TREEIFY_CAPACITY = 64; // 存放具体元素的集合 transient Set<map.entry<k,v>> entrySet; // hashMap结构被修改的次数 transient int modCount; // 临界值 当实际大小超过临界值时，hashMap会进行扩容 int threshold
其次，来看看hashMap的构造方法
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); this.loadFactor = loadFactor; // tableSizeFor()这个方法并没有建立 table数组，只是返回了不小于initialCapacity 的最小2次幂数如initialCapacity=15，那么返回16 this.threshold = tableSizeFor(initialCapacity); } public HashMap(int initialCapacity) { this(initialCapacity, DEFAULT_LOAD_FACTOR); } public HashMap() { this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR; // all other fields defaulted } // 通过此构造方法，table将不再为空，具体原因下面会说 public HashMap(Map<? extends K, ? extends V> m) { this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR; putMapEntries(m, false); }
tableForSize() 方法没有将table初始化，只是返回了不小于initialCapacity 的最小2次幂数，看看他是怎么做到的
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; }
第一步：将传入的cap-1，这是因为当传入的cap本来就是2的某次幂可以那么就不变
第二步：右移1位，然后进行或操作，这个操作把cap最左边的1和左边第二个1保留了下来，如cap=10，二进制表示位1010，右移1位得0101，进行或运算得1111，左边两位都为1；
第三、第四、第五步操作与第二步的原理一样；
第五步就得到了cap首个最左边1后面全是1的一个数，如cap原本为1001 -> 1111；
最后返回 n + 1 就是2的某幂次方。
通过使用传入map的构造方法能将table初始化，那么我们就去看看 putMapEntries()这个方法
final void putMapEntries(Map<? extends K, ? extends V> m, boolean evict) { int s = m.size(); if (s > 0) { if (table == null) { // pre-size // 后面为什么还 +1.0F，应该是补转整型时丢失的精度，如6.66666转整型会变成6, 丢失了后面的那些小数 float ft = ((float)s / loadFactor) + 1.0F; int t = ((ft < (float)MAXIMUM_CAPACITY) ? (int)ft : MAXIMUM_CAPACITY); if (t > threshold) threshold = tableSizeFor(t); } else if (s > threshold) resize();// 就是它，在table==null时会初始化table数组 for (Map.Entry<? extends K, ? extends V> e : m.entrySet()) { K key = e.getKey(); V value = e.getValue(); // putVal() 方法里会有是否resize的判断，在table==null，将会执行resize()方法 putVal(hash(key), key, value, false, evict); } } }
上面提到 resize() 方法会初始化 table 数组，去源码看看是怎么回事
final Node<K,V>[] resize() { Node<K,V>[] oldTab = table; int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length; int oldThr = threshold; int newCap, newThr = 0; // 原table不为null if (oldCap > 0) { // 容量大于最大值了，就设置为最大值 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; // 有旧扩容阈值赋值个新容量，这也是为什么在构造器传入初始容量是赋值给扩容阈值的 else { // zero initial threshold signifies using defaults 设置为默认初始容量16 newCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY; newThr = (int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY); } // 如果cap大小是构造函数传入的，那么oldCap == 0，oldThr > 0, 下面的if条件成立 if (newThr == 0) { float ft = (float)newCap * loadFactor; newThr = (newCap < MAXIMUM_CAPACITY && ft < (float)MAXIMUM_CAPACITY ? (int)ft : Integer.MAX_VALUE); } threshold = newThr; @SuppressWarnings({"rawtypes","unchecked"}) Node<K,V>[] newTab = (Node<K,V>[])new Node[newCap]; table = newTab; // 原本table不为null，进行resize操作 if (oldTab != null) { for (int j = 0; j < oldCap; ++j) { Node<K,V> e; if ((e = oldTab[j]) != null) { oldTab[j] = null; // 原本地址赋值为null，让gc回收 if (e.next == null) // 桶中只有一个元素，直接重新哈希然后通过与运算来求余，这也是为什么容量必须设置为2的幂数的原因 newTab[e.hash & (newCap - 1)] = e; else if (e instanceof TreeNode) // 如是个红黑树节点，将对此node下的树进行重排 ((TreeNode<K,V>)e).split(this, newTab, j, oldCap); else { // preserve order Node<K,V> loHead = null, loTail = null; Node<K,V> hiHead = null, hiTail = null; Node<K,V> next; // 将此node下的同一链元素一分为二 do { next = e.next; //与原容量进行与操作，等于0说明在该链下node的hash值映射的索引范围是在oldCap内的，那么保持索引不变 if ((e.hash & oldCap) == 0) { if (loTail == null) loHead = e; else loTail.next = e; loTail = e; } else { //映射范围超过oldCap，因为 newCap 等于 2 * oldCap,那么新的映射索引可方便计算为 j+oldCap if (hiTail == null) hiHead = e; else hiTail.next = e; hiTail = e; } } while ((e = next) != null); if (loTail != null) { loTail.next = null; newTab[j] = loHead; //放入新table,索引和之前一样 } if (hiTail != null) { hiTail.next = null; newTab[j + oldCap] = hiHead; //放入新table,索引为原索引+oldCap } } } } } return newTab; }
下面说说 hashMap 中较常用的 put 方法
public V put(K key, V value) { return putVal(hash(key), key, value, false, true); } // put()方法实际是使用该方法 // onlyIfAbsent if true, don't change existing value // evict 应该是表示是否需要进行回调 final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent, boolean evict) { Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, i; if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0) n = (tab = resize()).length; // 之前说到的在put的时候初始table if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null) // 没有发生冲突，直接存入 tab[i] = newNode(hash, key, value, null); else { Node<K,V> e; K k; // hashMap中已存在key对象，更新值即可 if (p.hash == hash && ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) e = p; else if (p instanceof TreeNode) // 该节点是个红黑树节点，插入红黑树 e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value); else { for (int binCount = 0; ; ++binCount) { if ((e = p.next) == null) { p.next = newNode(hash, key, value, null); if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st 达到树化阈值，将该桶（链表）转换成红黑树 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); // 回调函数，hashMap中为空实现，主要为hashMap的子类linkedHashMap服务 return oldValue; } } // 增加hashMap结构改变次数 ++modCount; if (++size > threshold) resize(); afterNodeInsertion(evict); // 回调函数 return null; }
下面将轮到 get() 方法了，去源码一探究竟
public V get(Object key) { Node<K,V> e; return (e = getNode(hash(key), key)) == null ? null : e.value; } // 比较容易理解，先在数组指针比较，一致则返回，否则去该数组指针下的红黑树或链表找 final Node<K,V> getNode(int hash, Object key) { Node<K,V>[] tab; Node<K,V> first, e; int n; K k; if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 && (first = tab[(n - 1) & hash]) != null) { if (first.hash == hash && // always check first node ((k = first.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) return first; if ((e = first.next) != null) { if (first instanceof TreeNode) return ((TreeNode<K,V>)first).getTreeNode(hash, key); do { if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) return e; } while ((e = e.next) != null); } } return null; }
hashMap 中每个元素都是以 Node 的形式的，让我们具体看看 Node 这个类
static class Node<K,V> implements Map.Entry<K,V> { final int hash; final K key; V value; Node<K,V> next; Node(int hash, K key, V value, Node<K,V> next) { this.hash = hash; this.key = key; this.value = value; this.next = next; } public final K getKey() { return key; } public final V getValue() { return value; } public final String toString() { return key + "=" + value; } // 因为重写了equal方法，为保持约束，hashCode也需重写，可以看到该类重写的hashCode()方法是通过计算key和value这两个对象哈希值后进行异或得到的 public final int hashCode() { return Objects.hashCode(key) ^ Objects.hashCode(value); } public final V setValue(V newValue) { V oldValue = value; value = newValue; return oldValue; } 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; } }
但是，在进行 put 操作时，并不是直接拿上面代码中计算得到的 hashCode，而是使用 hashMap 这个外部类的 hash() 方法
static final int hash(Object key) { int h; return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16); }
可以看到计算 哈希值 是把 高16位 和 低16位 进行了异或，这是为了增大 哈希值 的随机性，因为桶数组的长度为2^n，取模运算(hash & (len-1))只取低位，故直接使用 key 的 hashcode() 作为 hash 很容易发生碰撞。
hashMap源码学习暂时到这里，关于红黑树，之前有看过关于它的具体原理，现在也基本忘了，下次再去学习一下然后用博客记录下来。
参考链接：
https://blog.csdn.net/qazwyc/article/details/76686915
https://www.cnblogs.com/xiaoxi/p/7233201.html
https://blog.csdn.net/kenzhang28/article/details/80212936