HashMap源码

  • 基于哈希表实现了Map接口。这实现提供了所有可选的映射操作和许可null值和null键。(HashMap类大致等同于Hashtable,除了它是不同步的并且允许为空。)这个类不保证Map的顺序;特别是,它不能保证秩序会一直保持不变。

  • 假设哈希函数将元素合理地分散在各个桶中,这个实现为基本操作(get和put)提供了恒定的时间性能。迭代集合视图需要与的“容量”成比例的时间:HashMap instance(桶的数量)加上它的大小(键值映射的数量)。因此,如果迭代性能很重要,那么不要将初始容量设置得太高(或者负载系数设置得太低),这一点非常重要。

  • 一个HashMap的实例有两个影响性能的参数:初始容量和负载因子。容量是哈希表中的桶数,初始容量只是创建哈希表时的容量。负载因子是对哈希表在自动增加容量之前所允许的满度的度量。当哈希表中的条目数超过负载因子和当前容量的乘积时,哈希表为 rehashed(即重建内部数据结构),因此哈希表的桶数大约是当前的两倍

  • 一般来说,默认的负载系数(.75)在时间和空间成本之间提供了一个很好的权衡。较高的值会减少空间开销,但会增加查找成本(反映在HashMap类的大多数操作中,包括get和put)。在设置map的初始容量时,应该考虑map的预期条目数和它的负载因子,以减少重新哈希操作的数量。如果初始容量大于条目的最大数量除以负载系数,则不会发生重新哈希操作。

  • 如果许多映射被存储在HashMap实例中,创建一个足够大的容量将允许映射被更有效地存储,而不是让它根据需要执行自动重哈希来增长表。注意,使用多个相同的{@code hashCode()}键肯定会降低任何哈希表的性能。为了改善影响,当键是{@link Comparable}时,这个类可以使用键之间的比较顺序来帮助打破联系。

  • 注意这个实现不是同步的。如果多个线程同时访问一个哈希映射,并且至少有一个线程在结构上修改了这个映射,那么必须在外部同步。(结构修改是指添加或删除一个或多个映射的操作;仅仅改变与一个实例已经包含的键相关联的值并不是结构性的修改。)这通常是通过在自然封装映射的对象上同步来完成的。

  • 如果不存在这样的对象,映射应该使用{@link集合#synchronizedMap集合“包装”。synchronizedMap}方法。这最好在创建时完成,以防止意外的非同步访问map:

    • Map m = Collections.synchronizedMap(new HashMap(...));
public class HashMap<K,V> extends AbstractMap<K,V>
    implements Map<K,V>, Cloneable, Serializable {

    private static final long serialVersionUID = 362498820763181265L;

常量

//默认的初始容量-必须是2的幂。
 static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; // aka 16

//最大容量,如果两个带参数的构造函数中的任何一个隐式指定了更高的值,则使用该值。一定是2的幂<= 1<<30。
static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;

//在构造函数中指定none时使用的加载因子。
static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;

//为容器使用树而不是列表的容器计数阈值。当向至少有这么多节点的容器中添加元素时,容器会转换为树。
//该值必须大于2,并且应该至少为8,以符合在移除树木时关于在收缩时转换回普通箱子的假设。
static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8;

//在调整大小操作期间取消树形化(拆分)容器的容器计数阈值。小于TREEIFY_THRESHOLD,对于去除后检测到收缩的mesh最多6个。
static final int UNTREEIFY_THRESHOLD = 6;

//垃圾箱可以被树形化的最小表容量。(否则,如果一个bin中有太多节点,则会调整表的大小。)
//应该至少为4 * TREEIFY_THRESHOLD,以避免调整大小和树化阈值之间的冲突。
static final int MIN_TREEIFY_CAPACITY = 64;

静态内部类

    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; }

        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;
        }
    }
  • 一个Entry用于存储key-value键值对;具有相同hashcode的Entry将以Entry单向链表的结构存在;jdk 1.8 后,当链表长度大于8时,将转为红黑树。

静态工具

计算hash值

    static final int hash(Object key) {
        int h;
        //如果key不为null,用key的hashcode异或无符号右移16位的hashcode
        return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
    }

//对于给定的目标容量,返回大小为2的幂。
    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;
    }

变量

//表在第一次使用时进行初始化,并根据需要调整大小。分配时,长度总是2的幂。
//(我们还允许某些操作的长度为零,以允许当前不需要的引导机制。)
transient Node<K,V>[] table;

//保存缓存entrySet()。注意,keySet()和values()使用了AbstractMap字段。
transient Set<Map.Entry<K,V>> entrySet;

//此映射中包含的键-值映射的数量。
transient int size;

//记录hashmap修改次数
transient int modCount;

//要调整大小的下一个大小值(容量*负载系数)。
int threshold;

//哈希表的加载因子。
final float loadFactor;

构造方法

   //有参构造,设置初始容量和加载因子
    public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {
        if (initialCapacity < 0)//如果初始容量小于0,抛出异常
            throw new IllegalArgumentException("Illegal initial capacity: " +
                                               initialCapacity);
        if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY)
            initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY;//不能超过最大容量
        if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor))//判断加载因子是否合法
            throw new IllegalArgumentException("Illegal load factor: " +
                                               loadFactor);
        this.loadFactor = loadFactor;
        this.threshold = tableSizeFor(initialCapacity);
    }
    public HashMap(int initialCapacity) {
        this(initialCapacity, DEFAULT_LOAD_FACTOR);
    }
    public HashMap() {
        this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR; // all other fields defaulted
    }

普通方法

返回大小

public int size() {
    return size;
}

是否为空

public boolean isEmpty() {
        return size == 0;
    }

获取指定键的值

public V get(Object key) {//获取节点然后得到该键值
        Node<K,V> e;
        return (e = getNode(hash(key), key)) == null ? null : e.value;
    }

获取指定键的节点

    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) {//索引:(table.length - 1) & hash(key)
            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)//如果是红黑树
                    return ((TreeNode<K,V>)first).getTreeNode(hash, key);
                do {//循环链表查找
                    if (e.hash == hash &&
                        ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                        return e;
                } while ((e = e.next) != null);
            }
        }
        return null;
    }
  1. 判断数组是否为空及数组长度是否大于零,为零则返回null;
  2. 通过(table.length - 1) & hash(key)得到索引i,判断table[i]是否为null,是则返回null;
  3. 判断hash值是否相同以及判断key的引用或者内容是否相同,true则返回table[i];
  4. 如果首节点没找到,就在红黑树找或循环链表查找

是否存在指定键

public boolean containsKey(Object key) {
        return getNode(hash(key), key) != null;
    }

添加键值对

public V put(K key, V value) {
    //默认修改旧值,并将旧值返回
        return putVal(hash(key), key, value, false, true);
    }
 //@param onlyIfAbsent如果为true,则不修改现有值
 //@param evict 如果为false,表示表处于创建模式。
 //@return 前一个值,如果没有则为null
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;//初始化table
        if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)//键不重复
            tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
        else {//键重复
            Node<K,V> e; 
            K k;
            if (p.hash == hash &&
                ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                e = p;
            else if (p instanceof TreeNode)
                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
                            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); // move node to last
                return oldValue;
            }
        }
        ++modCount;
        if (++size > threshold)
            resize();
        afterNodeInsertion(evict);//// possibly remove eldest
        return null;
    }
    // Create a regular (non-tree) node
    Node<K,V> newNode(int hash, K key, V value, Node<K,V> next) {
        return new Node<>(hash, key, value, next);
    }

添加map

//将指定映射的所有映射复制到此映射。这些映射将替换该映射对指定映射中当前任何键的任何映射。
   / * @param m mappings to be stored in this map
     * @throws NullPointerException if the specified map is null
     */
    public void putAll(Map<? extends K, ? extends V> m) {
        putMapEntries(m, true);
    }

移除指定键

    public V remove(Object key) {
        Node<K,V> e;
        //如果存在则移除节点,返回对应的值;否则返回null
        //默认移除键值对以及移动节点
        return (e = removeNode(hash(key), key, null, false, true)) == null ?
            null : e.value;
    }
   // @param matchValue如果为true,只移除value相等的值
	//@param movable如果为false,移除时不会移动其他节点
	final Node<K,V> removeNode(int hash, Object key, Object value,boolean matchValue, boolean movable) {
        Node<K,V>[] tab; 
        Node<K,V> p;
        int n, index;
        if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 &&(p = tab[index = (n - 1) & hash]) != null) {
            Node<K,V> node = null, e; 
            K k;
            V v;
            if (p.hash == hash &&((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                node = p;
            else if ((e = p.next) != null) {
                if (p instanceof TreeNode)
                    node = ((TreeNode<K,V>)p).getTreeNode(hash, key);
                else {
                    do {
                        if (e.hash == hash &&
                            ((k = e.key) == key ||
                             (key != null && key.equals(k)))) {
                            node = e;
                            break;
                        }
                        p = e;
                    } while ((e = e.next) != null);
                }
            }
            if (node != null && (!matchValue || (v = node.value) == value ||
                                 (value != null && value.equals(v)))) {
                if (node instanceof TreeNode)
                    ((TreeNode<K,V>)node).removeTreeNode(this, tab, movable);
                else if (node == p)
                    tab[index] = node.next;
                else
                    p.next = node.next;
                
                ++modCount;
                --size;
                afterNodeRemoval(node);
                return node;
            }
        }
        return null;
    }

清空

    /**
     * Removes all of the mappings from this map.
     * The map will be empty after this call returns.
     */
    public void clear() {
        Node<K,V>[] tab;
        modCount++;
        if ((tab = table) != null && size > 0) {
            size = 0;
            for (int i = 0; i < tab.length; ++i)
                tab[i] = null;
        }
    }

是否存在指定值

    public boolean containsValue(Object value) {
        Node<K,V>[] tab; V v;
        if ((tab = table) != null && size > 0) {
            for (int i = 0; i < tab.length; ++i) {//循环数组
                for (Node<K,V> e = tab[i]; e != null; e = e.next) {//循环链表
                    if ((v = e.value) == value ||
                        (value != null && value.equals(v)))
                        return true;
                }
            }
        }
        return false;
    }

遍历

1、通过获取所有的key按照key来遍历

//1、通过获取所有的key按照key来遍历
        //Set<Stringr> set = map.keySet(); //得到所有key的集合
        for (String in : map.keySet()) {
            System.out.println(map.get(in));
        }
//test
//test
//12343

2、通过Map.entrySet使用iterator遍历key和value

    //2、通过Map.entrySet使用iterator遍历key和value
    Iterator<HashMap.Entry<String, String>> it = map.entrySet().iterator();
    while (it.hasNext()) {
        HashMap.Entry<String, String> entry = it.next();
        System.out.println("key= " + entry.getKey() + " and value= " + entry.getValue());
    }
//key= tjh and value= test
//key= t and value= test
//key= tj and value= 12343

3.通过Map.entrySet遍历key和value,推荐,尤其是容量大时

//3、通过Map.entrySet遍历key和value,推荐,尤其是容量大时
for (HashMap.Entry<String, String> entry : map.entrySet()) {
    //Map.entry<Integer,String> 映射项(键-值对)  有几个方法:用上面的名字entry
    //entry.getKey() ;entry.getValue(); entry.setValue();
    //map.entrySet()  返回此映射中包含的映射关系的 Set视图。
    System.out.println("key= " + entry.getKey() + " and value= " + entry.getValue());
}
//key= tjh and value= test
//key= t and value= test
//key= tj and value= 12343

4.通过Map.values()遍历所有的value,但不能遍历key

//4、通过Map.values()遍历所有的value,但不能遍历key
for (String v : map.values()) {
    System.out.println("value= " + v);
}
//value= test
//value= test
//value= 12343

5.使用lambda表达式forEach遍历

map.forEach((k,v)->System.out.println("key= " + k + " and value= " + v));

forEach源码

    public void forEach(BiConsumer<? super K, ? super V> action) {
        Node<K,V>[] tab;
        if (action == null)
            throw new NullPointerException();
        if (size > 0 && (tab = table) != null) {
            int mc = modCount;
            for (int i = 0; i < tab.length; ++i) {
                for (Node<K,V> e = tab[i]; e != null; e = e.next)
                    action.accept(e.key, e.value);
            }
            if (modCount != mc)
                throw new ConcurrentModificationException();
        }
    }

总结

  • 推荐使用 entrySet 遍历 Map 类集合 K-V ,而不是 keySet 方式进行遍历。

  • keySet 其实是遍历了 2 次,第一次是转为 Iterator 对象,第二次是从 hashMap 中取出 key 所对应的 value值。而 entrySet 只是遍历了一次,就把 key 和 value 都放到了 entry 中,效率更高。

  • values()返回的是 V 值集合,是一个 list 集合对象;keySet()返回的是 K 值集合,是一个 Set 集合对象;entrySet()返回的是 K-V 值组合集合。

  • 如果是 JDK8,推荐使用Map.forEach 方法)。

LinkedHashMap