HashMap简介

HashMap是基于哈希表实现的，每一个元素是一个key-value对，其内部通过单链表解决冲突问题，容量不足（超过了阀值）时，同样会自动增长。

HashMap是非线程安全的，只是用于单线程环境下，多线程环境下可以采用concurrent并发包下的concurrentHashMap。

HashMap 实现了Serializable接口，因此它支持序列化，实现了Cloneable接口，能被克隆。

HashMap源码剖析

HashMap的源码如下(加入了比较详细的注释)：

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1. package java.util;
2. import java.io.*;
3. public class HashMap<K,V>
4. extends AbstractMap<K,V>
5. implements Map<K,V>, Cloneable, Serializable
6. {
7. // 默认的初始容量（容量为HashMap中槽的数目）是16，且实际容量必须是2的整数次幂。
8. static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 16;
9. // 最大容量（必须是2的幂且小于2的30次方，传入容量过大将被这个值替换）
10. static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;
11. // 默认加载因子为0.75
12. static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;
13. // 存储数据的Entry数组，长度是2的幂。
14. // HashMap采用链表法解决冲突，每一个Entry本质上是一个单向链表
15. transient Entry[] table;
16. // HashMap的底层数组中已用槽的数量
17. transient int size;
18. // HashMap的阈值，用于判断是否需要调整HashMap的容量（threshold = 容量*加载因子）
19. int threshold;
20. // 加载因子实际大小
21. final float loadFactor;
22. // HashMap被改变的次数
23. transient volatile int modCount;
24. // 指定“容量大小”和“加载因子”的构造函数
25. public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {
26. if (initialCapacity < 0)
27. throw new IllegalArgumentException("Illegal initial capacity: " +
28. initialCapacity);
29. // HashMap的最大容量只能是MAXIMUM_CAPACITY
30. if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY)
31. initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY;
32. //加载因此不能小于0
33. if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor))
34. throw new IllegalArgumentException("Illegal load factor: " +
35. loadFactor);
36. // 找出“大于initialCapacity”的最小的2的幂
37. int capacity = 1;
38. while (capacity < initialCapacity)
39. capacity <<= 1;
40. // 设置“加载因子”
41. this.loadFactor = loadFactor;
42. // 设置“HashMap阈值”，当HashMap中存储数据的数量达到threshold时，就需要将HashMap的容量加倍。
43. threshold = (int)(capacity * loadFactor);
44. // 创建Entry数组，用来保存数据
45. table = new Entry[capacity];
46. init();
47. }
48. // 指定“容量大小”的构造函数
49. public HashMap(int initialCapacity) {
50. this(initialCapacity, DEFAULT_LOAD_FACTOR);
51. }
52. // 默认构造函数。
53. public HashMap() {
54. // 设置“加载因子”为默认加载因子0.75
55. this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR;
56. // 设置“HashMap阈值”，当HashMap中存储数据的数量达到threshold时，就需要将HashMap的容量加倍。
57. threshold = (int)(DEFAULT_INITIAL_CAPACITY * DEFAULT_LOAD_FACTOR);
58. // 创建Entry数组，用来保存数据
59. table = new Entry[DEFAULT_INITIAL_CAPACITY];
60. init();
61. }
62. // 包含“子Map”的构造函数
63. public HashMap(Map<? extends K, ? extends V> m) {
64. this(Math.max((int) (m.size() / DEFAULT_LOAD_FACTOR) + 1,
65. DEFAULT_INITIAL_CAPACITY), DEFAULT_LOAD_FACTOR);
66. // 将m中的全部元素逐个添加到HashMap中
67. putAllForCreate(m);
68. }
69. //求hash值的方法，重新计算hash值
70. static int hash(int h) {
71. h ^= (h >>> 20) ^ (h >>> 12);
72. return h ^ (h >>> 7) ^ (h >>> 4);
73. }
74. // 返回h在数组中的索引值，这里用&代替取模，旨在提升效率
75. // h & (length-1)保证返回值的小于length
76. static int indexFor(int h, int length) {
77. return h & (length-1);
78. }
79. public int size() {
80. return size;
81. }
82. public boolean isEmpty() {
83. return size == 0;
84. }
85. // 获取key对应的value
86. public V get(Object key) {
87. if (key == null)
88. return getForNullKey();
89. // 获取key的hash值
90. int hash = hash(key.hashCode());
91. // 在“该hash值对应的链表”上查找“键值等于key”的元素
92. for (Entry<K,V> e = table[indexFor(hash, table.length)];
93. e != null;
94. e = e.next) {
95. Object k;
96. //判断key是否相同
97. if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k)))
98. return e.value;
99. }
100. //没找到则返回null
101. return null;
102. }
103. // 获取“key为null”的元素的值
104. // HashMap将“key为null”的元素存储在table[0]位置，但不一定是该链表的第一个位置！
105. private V getForNullKey() {
106. for (Entry<K,V> e = table[0]; e != null; e = e.next) {
107. if (e.key == null)
108. return e.value;
109. }
110. return null;
111. }
112. // HashMap是否包含key
113. public boolean containsKey(Object key) {
114. return getEntry(key) != null;
115. }
116. // 返回“键为key”的键值对
117. final Entry<K,V> getEntry(Object key) {
118. // 获取哈希值
119. // HashMap将“key为null”的元素存储在table[0]位置，“key不为null”的则调用hash()计算哈希值
120. int hash = (key == null) ? 0 : hash(key.hashCode());
121. // 在“该hash值对应的链表”上查找“键值等于key”的元素
122. for (Entry<K,V> e = table[indexFor(hash, table.length)];
123. e != null;
124. e = e.next) {
125. Object k;
126. if (e.hash == hash &&
127. ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
128. return e;
129. }
130. return null;
131. }
132. // 将“key-value”添加到HashMap中
133. public V put(K key, V value) {
134. // 若“key为null”，则将该键值对添加到table[0]中。
135. if (key == null)
136. return putForNullKey(value);
137. // 若“key不为null”，则计算该key的哈希值，然后将其添加到该哈希值对应的链表中。
138. int hash = hash(key.hashCode());
139. int i = indexFor(hash, table.length);
140. for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) {
141. Object k;
142. // 若“该key”对应的键值对已经存在，则用新的value取代旧的value。然后退出！
143. if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {
144. V oldValue = e.value;
145. e.value = value;
146. e.recordAccess(this);
147. return oldValue;
148. }
149. }
150. // 若“该key”对应的键值对不存在，则将“key-value”添加到table中
151. modCount++;
152. //将key-value添加到table[i]处
153. addEntry(hash, key, value, i);
154. return null;
155. }
156. // putForNullKey()的作用是将“key为null”键值对添加到table[0]位置
157. private V putForNullKey(V value) {
158. for (Entry<K,V> e = table[0]; e != null; e = e.next) {
159. if (e.key == null) {
160. V oldValue = e.value;
161. e.value = value;
162. e.recordAccess(this);
163. return oldValue;
164. }
165. }
166. // 如果没有存在key为null的键值对，则直接题阿见到table[0]处!
167. modCount++;
168. addEntry(0, null, value, 0);
169. return null;
170. }
171. // 创建HashMap对应的“添加方法”，
172. // 它和put()不同。putForCreate()是内部方法，它被构造函数等调用，用来创建HashMap
173. // 而put()是对外提供的往HashMap中添加元素的方法。
174. private void putForCreate(K key, V value) {
175. int hash = (key == null) ? 0 : hash(key.hashCode());
176. int i = indexFor(hash, table.length);
177. // 若该HashMap表中存在“键值等于key”的元素，则替换该元素的value值
178. for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) {
179. Object k;
180. if (e.hash == hash &&
181. ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) {
182. e.value = value;
183. return;
184. }
185. }
186. // 若该HashMap表中不存在“键值等于key”的元素，则将该key-value添加到HashMap中
187. createEntry(hash, key, value, i);
188. }
189. // 将“m”中的全部元素都添加到HashMap中。
190. // 该方法被内部的构造HashMap的方法所调用。
191. private void putAllForCreate(Map<? extends K, ? extends V> m) {
192. // 利用迭代器将元素逐个添加到HashMap中
193. for (Iterator<? extends Map.Entry<? extends K, ? extends V>> i = m.entrySet().iterator(); i.hasNext(); ) {
194. Map.Entry<? extends K, ? extends V> e = i.next();
195. putForCreate(e.getKey(), e.getValue());
196. }
197. }
198. // 重新调整HashMap的大小，newCapacity是调整后的容量
199. void resize(int newCapacity) {
200. Entry[] oldTable = table;
201. int oldCapacity = oldTable.length;
202. //如果就容量已经达到了最大值，则不能再扩容，直接返回
203. if (oldCapacity == MAXIMUM_CAPACITY) {
204. threshold = Integer.MAX_VALUE;
205. return;
206. }
207. // 新建一个HashMap，将“旧HashMap”的全部元素添加到“新HashMap”中，
208. // 然后，将“新HashMap”赋值给“旧HashMap”。
209. Entry[] newTable = new Entry[newCapacity];
210. transfer(newTable);
211. table = newTable;
212. threshold = (int)(newCapacity * loadFactor);
213. }
214. // 将HashMap中的全部元素都添加到newTable中
215. void transfer(Entry[] newTable) {
216. Entry[] src = table;
217. int newCapacity = newTable.length;
218. for (int j = 0; j < src.length; j++) {
219. Entry<K,V> e = src[j];
220. if (e != null) {
221. src[j] = null;
222. do {
223. Entry<K,V> next = e.next;
224. int i = indexFor(e.hash, newCapacity);
225. e.next = newTable[i];
226. newTable[i] = e;
227. e = next;
228. } while (e != null);
229. }
230. }
231. }
232. // 将"m"的全部元素都添加到HashMap中
233. public void putAll(Map<? extends K, ? extends V> m) {
234. // 有效性判断
235. int numKeysToBeAdded = m.size();
236. if (numKeysToBeAdded == 0)
237. return;
238. // 计算容量是否足够，
239. // 若“当前阀值容量 < 需要的容量”，则将容量x2。
240. if (numKeysToBeAdded > threshold) {
241. int targetCapacity = (int)(numKeysToBeAdded / loadFactor + 1);
242. if (targetCapacity > MAXIMUM_CAPACITY)
243. targetCapacity = MAXIMUM_CAPACITY;
244. int newCapacity = table.length;
245. while (newCapacity < targetCapacity)
246. newCapacity <<= 1;
247. if (newCapacity > table.length)
248. resize(newCapacity);
249. }
250. // 通过迭代器，将“m”中的元素逐个添加到HashMap中。
251. for (Iterator<? extends Map.Entry<? extends K, ? extends V>> i = m.entrySet().iterator(); i.hasNext(); ) {
252. Map.Entry<? extends K, ? extends V> e = i.next();
253. put(e.getKey(), e.getValue());
254. }
255. }
256. // 删除“键为key”元素
257. public V remove(Object key) {
258. Entry<K,V> e = removeEntryForKey(key);
259. return (e == null ? null : e.value);
260. }
261. // 删除“键为key”的元素
262. final Entry<K,V> removeEntryForKey(Object key) {
263. // 获取哈希值。若key为null，则哈希值为0；否则调用hash()进行计算
264. int hash = (key == null) ? 0 : hash(key.hashCode());
265. int i = indexFor(hash, table.length);
266. Entry<K,V> prev = table[i];
267. Entry<K,V> e = prev;
268. // 删除链表中“键为key”的元素
269. // 本质是“删除单向链表中的节点”
270. while (e != null) {
271. Entry<K,V> next = e.next;
272. Object k;
273. if (e.hash == hash &&
274. ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) {
275. modCount++;
276. size--;
277. if (prev == e)
278. table[i] = next;
279. else
280. prev.next = next;
281. e.recordRemoval(this);
282. return e;
283. }
284. prev = e;
285. e = next;
286. }
287. return e;
288. }
289. // 删除“键值对”
290. final Entry<K,V> removeMapping(Object o) {
291. if (!(o instanceof Map.Entry))
292. return null;
293. Map.Entry<K,V> entry = (Map.Entry<K,V>) o;
294. Object key = entry.getKey();
295. int hash = (key == null) ? 0 : hash(key.hashCode());
296. int i = indexFor(hash, table.length);
297. Entry<K,V> prev = table[i];
298. Entry<K,V> e = prev;
299. // 删除链表中的“键值对e”
300. // 本质是“删除单向链表中的节点”
301. while (e != null) {
302. Entry<K,V> next = e.next;
303. if (e.hash == hash && e.equals(entry)) {
304. modCount++;
305. size--;
306. if (prev == e)
307. table[i] = next;
308. else
309. prev.next = next;
310. e.recordRemoval(this);
311. return e;
312. }
313. prev = e;
314. e = next;
315. }
316. return e;
317. }
318. // 清空HashMap，将所有的元素设为null
319. public void clear() {
320. modCount++;
321. Entry[] tab = table;
322. for (int i = 0; i < tab.length; i++)
323. tab[i] = null;
324. size = 0;
325. }
326. // 是否包含“值为value”的元素
327. public boolean containsValue(Object value) {
328. // 若“value为null”，则调用containsNullValue()查找
329. if (value == null)
330. return containsNullValue();
331. // 若“value不为null”，则查找HashMap中是否有值为value的节点。
332. Entry[] tab = table;
333. for (int i = 0; i < tab.length ; i++)
334. for (Entry e = tab[i] ; e != null ; e = e.next)
335. if (value.equals(e.value))
336. return true;
337. return false;
338. }
339. // 是否包含null值
340. private boolean containsNullValue() {
341. Entry[] tab = table;
342. for (int i = 0; i < tab.length ; i++)
343. for (Entry e = tab[i] ; e != null ; e = e.next)
344. if (e.value == null)
345. return true;
346. return false;
347. }
348. // 克隆一个HashMap，并返回Object对象
349. public Object clone() {
350. HashMap<K,V> result = null;
351. try {
352. result = (HashMap<K,V>)super.clone();
353. } catch (CloneNotSupportedException e) {
354. // assert false;
355. }
356. result.table = new Entry[table.length];
357. result.entrySet = null;
358. result.modCount = 0;
359. result.size = 0;
360. result.init();
361. // 调用putAllForCreate()将全部元素添加到HashMap中
362. result.putAllForCreate(this);
363. return result;
364. }
365. // Entry是单向链表。
366. // 它是 “HashMap链式存储法”对应的链表。
367. // 它实现了Map.Entry 接口，即实现getKey(), getValue(), setValue(V value), equals(Object o), hashCode()这些函数
368. static class Entry<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
369. final K key;
370. V value;
371. // 指向下一个节点
372. Entry<K,V> next;
373. final int hash;
374. // 构造函数。
375. // 输入参数包括"哈希值(h)", "键(k)", "值(v)", "下一节点(n)"
376. Entry(int h, K k, V v, Entry<K,V> n) {
377. value = v;
378. next = n;
379. key = k;
380. hash = h;
381. }
382. public final K getKey() {
383. return key;
384. }
385. public final V getValue() {
386. return value;
387. }
388. public final V setValue(V newValue) {
389. V oldValue = value;
390. value = newValue;
391. return oldValue;
392. }
393. // 判断两个Entry是否相等
394. // 若两个Entry的“key”和“value”都相等，则返回true。
395. // 否则，返回false
396. public final boolean equals(Object o) {
397. if (!(o instanceof Map.Entry))
398. return false;
399. Map.Entry e = (Map.Entry)o;
400. Object k1 = getKey();
401. Object k2 = e.getKey();
402. if (k1 == k2 || (k1 != null && k1.equals(k2))) {
403. Object v1 = getValue();
404. Object v2 = e.getValue();
405. if (v1 == v2 || (v1 != null && v1.equals(v2)))
406. return true;
407. }
408. return false;
409. }
410. // 实现hashCode()
411. public final int hashCode() {
412. return (key==null   ? 0 : key.hashCode()) ^
413. (value==null ? 0 : value.hashCode());
414. }
415. public final String toString() {
416. return getKey() + "=" + getValue();
417. }
418. // 当向HashMap中添加元素时，绘调用recordAccess()。
419. // 这里不做任何处理
420. void recordAccess(HashMap<K,V> m) {
421. }
422. // 当从HashMap中删除元素时，绘调用recordRemoval()。
423. // 这里不做任何处理
424. void recordRemoval(HashMap<K,V> m) {
425. }
426. }
427. // 新增Entry。将“key-value”插入指定位置，bucketIndex是位置索引。
428. void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
429. // 保存“bucketIndex”位置的值到“e”中
430. Entry<K,V> e = table[bucketIndex];
431. // 设置“bucketIndex”位置的元素为“新Entry”，
432. // 设置“e”为“新Entry的下一个节点”
433. table[bucketIndex] = new Entry<K,V>(hash, key, value, e);
434. // 若HashMap的实际大小 不小于 “阈值”，则调整HashMap的大小
435. if (size++ >= threshold)
436. resize(2 * table.length);
437. }
438. // 创建Entry。将“key-value”插入指定位置，bucketIndex是位置索引。
439. // 它和addEntry的区别是：
440. // (01) addEntry()一般用在 新增Entry可能导致“HashMap的实际容量”超过“阈值”的情况下。
441. //   例如，我们新建一个HashMap，然后不断通过put()向HashMap中添加元素；
442. // put()是通过addEntry()新增Entry的。
443. //   在这种情况下，我们不知道何时“HashMap的实际容量”会超过“阈值”；
444. //   因此，需要调用addEntry()
445. // (02) createEntry() 一般用在 新增Entry不会导致“HashMap的实际容量”超过“阈值”的情况下。
446. //   例如，我们调用HashMap“带有Map”的构造函数，它绘将Map的全部元素添加到HashMap中；
447. // 但在添加之前，我们已经计算好“HashMap的容量和阈值”。也就是，可以确定“即使将Map中
448. // 的全部元素添加到HashMap中，都不会超过HashMap的阈值”。
449. //   此时，调用createEntry()即可。
450. void createEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
451. // 保存“bucketIndex”位置的值到“e”中
452. Entry<K,V> e = table[bucketIndex];
453. // 设置“bucketIndex”位置的元素为“新Entry”，
454. // 设置“e”为“新Entry的下一个节点”
455. table[bucketIndex] = new Entry<K,V>(hash, key, value, e);
456. size++;
457. }
458. // HashIterator是HashMap迭代器的抽象出来的父类，实现了公共了函数。
459. // 它包含“key迭代器(KeyIterator)”、“Value迭代器(ValueIterator)”和“Entry迭代器(EntryIterator)”3个子类。
460. private abstract class HashIterator<E> implements Iterator<E> {
461. // 下一个元素
462. Entry<K,V> next;
463. // expectedModCount用于实现fast-fail机制。
464. int expectedModCount;
465. // 当前索引
466. int index;
467. // 当前元素
468. Entry<K,V> current;
469. HashIterator() {
470. expectedModCount = modCount;
471. if (size > 0) { // advance to first entry
472. Entry[] t = table;
473. // 将next指向table中第一个不为null的元素。
474. // 这里利用了index的初始值为0，从0开始依次向后遍历，直到找到不为null的元素就退出循环。
475. while (index < t.length && (next = t[index++]) == null)
476. ;
477. }
478. }
479. public final boolean hasNext() {
480. return next != null;
481. }
482. // 获取下一个元素
483. final Entry<K,V> nextEntry() {
484. if (modCount != expectedModCount)
485. throw new ConcurrentModificationException();
486. Entry<K,V> e = next;
487. if (e == null)
488. throw new NoSuchElementException();
489. // 注意！！！
490. // 一个Entry就是一个单向链表
491. // 若该Entry的下一个节点不为空，就将next指向下一个节点;
492. // 否则，将next指向下一个链表(也是下一个Entry)的不为null的节点。
493. if ((next = e.next) == null) {
494. Entry[] t = table;
495. while (index < t.length && (next = t[index++]) == null)
496. ;
497. }
498. current = e;
499. return e;
500. }
501. // 删除当前元素
502. public void remove() {
503. if (current == null)
504. throw new IllegalStateException();
505. if (modCount != expectedModCount)
506. throw new ConcurrentModificationException();
507. Object k = current.key;
508. current = null;
509. HashMap.this.removeEntryForKey(k);
510. expectedModCount = modCount;
511. }
512. }
513. // value的迭代器
514. private final class ValueIterator extends HashIterator<V> {
515. public V next() {
516. return nextEntry().value;
517. }
518. }
519. // key的迭代器
520. private final class KeyIterator extends HashIterator<K> {
521. public K next() {
522. return nextEntry().getKey();
523. }
524. }
525. // Entry的迭代器
526. private final class EntryIterator extends HashIterator<Map.Entry<K,V>> {
527. public Map.Entry<K,V> next() {
528. return nextEntry();
529. }
530. }
531. // 返回一个“key迭代器”
532. Iterator<K> newKeyIterator()   {
533. return new KeyIterator();
534. }
535. // 返回一个“value迭代器”
536. Iterator<V> newValueIterator()   {
537. return new ValueIterator();
538. }
539. // 返回一个“entry迭代器”
540. Iterator<Map.Entry<K,V>> newEntryIterator()   {
541. return new EntryIterator();
542. }
543. // HashMap的Entry对应的集合
544. private transient Set<Map.Entry<K,V>> entrySet = null;
545. // 返回“key的集合”，实际上返回一个“KeySet对象”
546. public Set<K> keySet() {
547. Set<K> ks = keySet;
548. return (ks != null ? ks : (keySet = new KeySet()));
549. }
550. // Key对应的集合
551. // KeySet继承于AbstractSet，说明该集合中没有重复的Key。
552. private final class KeySet extends AbstractSet<K> {
553. public Iterator<K> iterator() {
554. return newKeyIterator();
555. }
556. public int size() {
557. return size;
558. }
559. public boolean contains(Object o) {
560. return containsKey(o);
561. }
562. public boolean remove(Object o) {
563. return HashMap.this.removeEntryForKey(o) != null;
564. }
565. public void clear() {
566. HashMap.this.clear();
567. }
568. }
569. // 返回“value集合”，实际上返回的是一个Values对象
570. public Collection<V> values() {
571. Collection<V> vs = values;
572. return (vs != null ? vs : (values = new Values()));
573. }
574. // “value集合”
575. // Values继承于AbstractCollection，不同于“KeySet继承于AbstractSet”，
576. // Values中的元素能够重复。因为不同的key可以指向相同的value。
577. private final class Values extends AbstractCollection<V> {
578. public Iterator<V> iterator() {
579. return newValueIterator();
580. }
581. public int size() {
582. return size;
583. }
584. public boolean contains(Object o) {
585. return containsValue(o);
586. }
587. public void clear() {
588. HashMap.this.clear();
589. }
590. }
591. // 返回“HashMap的Entry集合”
592. public Set<Map.Entry<K,V>> entrySet() {
593. return entrySet0();
594. }
595. // 返回“HashMap的Entry集合”，它实际是返回一个EntrySet对象
596. private Set<Map.Entry<K,V>> entrySet0() {
597. Set<Map.Entry<K,V>> es = entrySet;
598. return es != null ? es : (entrySet = new EntrySet());
599. }
600. // EntrySet对应的集合
601. // EntrySet继承于AbstractSet，说明该集合中没有重复的EntrySet。
602. private final class EntrySet extends AbstractSet<Map.Entry<K,V>> {
603. public Iterator<Map.Entry<K,V>> iterator() {
604. return newEntryIterator();
605. }
606. public boolean contains(Object o) {
607. if (!(o instanceof Map.Entry))
608. return false;
609. Map.Entry<K,V> e = (Map.Entry<K,V>) o;
610. Entry<K,V> candidate = getEntry(e.getKey());
611. return candidate != null && candidate.equals(e);
612. }
613. public boolean remove(Object o) {
614. return removeMapping(o) != null;
615. }
616. public int size() {
617. return size;
618. }
619. public void clear() {
620. HashMap.this.clear();
621. }
622. }
623. // java.io.Serializable的写入函数
624. // 将HashMap的“总的容量，实际容量，所有的Entry”都写入到输出流中
625. private void writeObject(java.io.ObjectOutputStream s)
626. throws IOException
627. {
628. Iterator<Map.Entry<K,V>> i =
629. (size > 0) ? entrySet0().iterator() : null;
630. // Write out the threshold, loadfactor, and any hidden stuff
631. s.defaultWriteObject();
632. // Write out number of buckets
633. s.writeInt(table.length);
634. // Write out size (number of Mappings)
635. s.writeInt(size);
636. // Write out keys and values (alternating)
637. if (i != null) {
638. while (i.hasNext()) {
639. Map.Entry<K,V> e = i.next();
640. s.writeObject(e.getKey());
641. s.writeObject(e.getValue());
642. }
643. }
644. }
645. private static final long serialVersionUID = 362498820763181265L;
646. // java.io.Serializable的读取函数：根据写入方式读出
647. // 将HashMap的“总的容量，实际容量，所有的Entry”依次读出
648. private void readObject(java.io.ObjectInputStream s)
649. throws IOException, ClassNotFoundException
650. {
651. // Read in the threshold, loadfactor, and any hidden stuff
652. s.defaultReadObject();
653. // Read in number of buckets and allocate the bucket array;
654. int numBuckets = s.readInt();
655. table = new Entry[numBuckets];
656. init();  // Give subclass a chance to do its thing.
657. // Read in size (number of Mappings)
658. int size = s.readInt();
659. // Read the keys and values, and put the mappings in the HashMap
660. for (int i=0; i<size; i++) {
661. K key = (K) s.readObject();
662. V value = (V) s.readObject();
663. putForCreate(key, value);
664. }
665. }
666. // 返回“HashMap总的容量”
667. int   capacity()     { return table.length; }
668. // 返回“HashMap的加载因子”
669. float loadFactor()   { return loadFactor;   }
670. }

几点总结

1、首先要清楚HashMap的存储结构，如下图所示：

图中，紫色部分即代表哈希表，也称为哈希数组，数组的每个元素都是一个单链表的头节点，链表是用来解决冲突的，如果不同的key映射到了数组的同一位置处，就将其放入单链表中。

2、首先看链表中节点的数据结构：

[java] view plaincopy

1. // Entry是单向链表。
2. // 它是 “HashMap链式存储法”对应的链表。
3. // 它实现了Map.Entry 接口，即实现getKey(), getValue(), setValue(V value), equals(Object o), hashCode()这些函数
4. static class Entry<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
5. final K key;
6. V value;
7. // 指向下一个节点
8. Entry<K,V> next;
9. final int hash;
10. // 构造函数。
11. // 输入参数包括"哈希值(h)", "键(k)", "值(v)", "下一节点(n)"
12. Entry(int h, K k, V v, Entry<K,V> n) {
13. value = v;
14. next = n;
15. key = k;
16. hash = h;
17. }
18. public final K getKey() {
19. return key;
20. }
21. public final V getValue() {
22. return value;
23. }
24. public final V setValue(V newValue) {
25. V oldValue = value;
26. value = newValue;
27. return oldValue;
28. }
29. // 判断两个Entry是否相等
30. // 若两个Entry的“key”和“value”都相等，则返回true。
31. // 否则，返回false
32. public final boolean equals(Object o) {
33. if (!(o instanceof Map.Entry))
34. return false;
35. Map.Entry e = (Map.Entry)o;
36. Object k1 = getKey();
37. Object k2 = e.getKey();
38. if (k1 == k2 || (k1 != null && k1.equals(k2))) {
39. Object v1 = getValue();
40. Object v2 = e.getValue();
41. if (v1 == v2 || (v1 != null && v1.equals(v2)))
42. return true;
43. }
44. return false;
45. }
46. // 实现hashCode()
47. public final int hashCode() {
48. return (key==null   ? 0 : key.hashCode()) ^
49. (value==null ? 0 : value.hashCode());
50. }
51. public final String toString() {
52. return getKey() + "=" + getValue();
53. }
54. // 当向HashMap中添加元素时，绘调用recordAccess()。
55. // 这里不做任何处理
56. void recordAccess(HashMap<K,V> m) {
57. }
58. // 当从HashMap中删除元素时，绘调用recordRemoval()。
59. // 这里不做任何处理
60. void recordRemoval(HashMap<K,V> m) {
61. }
62. }

它的结构元素除了key、value、hash外，还有next，next指向下一个节点。另外，这里覆写了equals和hashCode方法来保证键值对的独一无二。

3、HashMap共有四个构造方法。构造方法中提到了两个很重要的参数：初始容量和加载因子。这两个参数是影响HashMap性能的重要参数，其中容量表示哈希表中槽的数量（即哈希数组的长度），初始容量是创建哈希表时的容量（从构造函数中可以看出，如果不指明，则默认为16），加载因子是哈希表在其容量自动增加之前可以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 resize 操作（即扩容）。

下面说下加载因子，如果加载因子越大，对空间的利用更充分，但是查找效率会降低（链表长度会越来越长）；如果加载因子太小，那么表中的数据将过于稀疏（很多空间还没用，就开始扩容了），对空间造成严重浪费。如果我们在构造方法中不指定，则系统默认加载因子为0.75，这是一个比较理想的值，一般情况下我们是无需修改的。

另外，无论我们指定的容量为多少，构造方法都会将实际容量设为不小于指定容量的2的次方的一个数，且最大值不能超过2的30次方

4、HashMap中key和value都允许为null。

5、要重点分析下HashMap中用的最多的两个方法put和get。先从比较简单的get方法着手，源码如下：

[java] view plaincopy

1. // 获取key对应的value
2. public V get(Object key) {
3. if (key == null)
4. return getForNullKey();
5. // 获取key的hash值
6. int hash = hash(key.hashCode());
7. // 在“该hash值对应的链表”上查找“键值等于key”的元素
8. for (Entry<K,V> e = table[indexFor(hash, table.length)];
9. e != null;
10. e = e.next) {
11. Object k;
12. /判断key是否相同
13. if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k)))
14. return e.value;
15. }
16. 没找到则返回null
17. return null;
18. }
19. // 获取“key为null”的元素的值
20. // HashMap将“key为null”的元素存储在table[0]位置，但不一定是该链表的第一个位置！
21. private V getForNullKey() {
22. for (Entry<K,V> e = table[0]; e != null; e = e.next) {
23. if (e.key == null)
24. return e.value;
25. }
26. return null;
27. }

首先，如果key为null，则直接从哈希表的第一个位置table[0]对应的链表上查找。记住，key为null的键值对永远都放在以table[0]为头结点的链表中，当然不一定是存放在头结点table[0]中。

如果key不为null，则先求的key的hash值，根据hash值找到在table中的索引，在该索引对应的单链表中查找是否有键值对的key与目标key相等，有就返回对应的value，没有则返回null。

put方法稍微复杂些，代码如下：

[java] view plaincopy

1. // 将“key-value”添加到HashMap中
2. public V put(K key, V value) {
3. // 若“key为null”，则将该键值对添加到table[0]中。
4. if (key == null)
5. return putForNullKey(value);
6. // 若“key不为null”，则计算该key的哈希值，然后将其添加到该哈希值对应的链表中。
7. int hash = hash(key.hashCode());
8. int i = indexFor(hash, table.length);
9. for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) {
10. Object k;
11. // 若“该key”对应的键值对已经存在，则用新的value取代旧的value。然后退出！
12. if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {
13. V oldValue = e.value;
14. e.value = value;
15. e.recordAccess(this);
16. return oldValue;
17. }
18. }
19. // 若“该key”对应的键值对不存在，则将“key-value”添加到table中
20. modCount++;
21. //将key-value添加到table[i]处
22. addEntry(hash, key, value, i);
23. return null;
24. }

如果key为null，则将其添加到table[0]对应的链表中，putForNullKey的源码如下：

[java] view plaincopy

1. // putForNullKey()的作用是将“key为null”键值对添加到table[0]位置
2. private V putForNullKey(V value) {
3. for (Entry<K,V> e = table[0]; e != null; e = e.next) {
4. if (e.key == null) {
5. V oldValue = e.value;
6. e.value = value;
7. e.recordAccess(this);
8. return oldValue;
9. }
10. }
11. // 如果没有存在key为null的键值对，则直接题阿见到table[0]处!
12. modCount++;
13. addEntry(0, null, value, 0);
14. return null;
15. }

如果key不为null，则同样先求出key的hash值，根据hash值得出在table中的索引，而后遍历对应的单链表，如果单链表中存在与目标key相等的键值对，则将新的value覆盖旧的value，比将旧的value返回，如果找不到与目标key相等的键值对，或者该单链表为空，则将该键值对插入到改单链表的头结点位置（每次新插入的节点都是放在头结点的位置），该操作是有addEntry方法实现的，它的源码如下：

[java] view plaincopy

1. // 新增Entry。将“key-value”插入指定位置，bucketIndex是位置索引。
2. void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
3. // 保存“bucketIndex”位置的值到“e”中
4. Entry<K,V> e = table[bucketIndex];
5. // 设置“bucketIndex”位置的元素为“新Entry”，
6. // 设置“e”为“新Entry的下一个节点”
7. table[bucketIndex] = new Entry<K,V>(hash, key, value, e);
8. // 若HashMap的实际大小 不小于 “阈值”，则调整HashMap的大小
9. if (size++ >= threshold)
10. resize(2 * table.length);
11. }

注意这里倒数第三行的构造方法，将key-value键值对赋给table[bucketIndex]，并将其next指向元素e，这便将key-value放到了头结点中，并将之前的头结点接在了它的后面。该方法也说明，每次put键值对的时候，总是将新的该键值对放在table[bucketIndex]处（即头结点处）。

两外注意最后两行代码，每次加入键值对时，都要判断当前已用的槽的数目是否大于等于阀值（容量*加载因子），如果大于等于，则进行扩容，将容量扩为原来容量的2倍。

6、关于扩容。上面我们看到了扩容的方法，resize方法，它的源码如下：

[java] view plaincopy

1. // 重新调整HashMap的大小，newCapacity是调整后的单位
2. void resize(int newCapacity) {
3. Entry[] oldTable = table;
4. int oldCapacity = oldTable.length;
5. if (oldCapacity == MAXIMUM_CAPACITY) {
6. threshold = Integer.MAX_VALUE;
7. return;
8. }
9. // 新建一个HashMap，将“旧HashMap”的全部元素添加到“新HashMap”中，
10. // 然后，将“新HashMap”赋值给“旧HashMap”。
11. Entry[] newTable = new Entry[newCapacity];
12. transfer(newTable);
13. table = newTable;
14. threshold = (int)(newCapacity * loadFactor);
15. }

很明显，是新建了一个HashMap的底层数组，而后调用transfer方法，将就HashMap的全部元素添加到新的HashMap中（要重新计算元素在新的数组中的索引位置）。transfer方法的源码如下：

[java] view plaincopy

1. // 将HashMap中的全部元素都添加到newTable中
2. void transfer(Entry[] newTable) {
3. Entry[] src = table;
4. int newCapacity = newTable.length;
5. for (int j = 0; j < src.length; j++) {
6. Entry<K,V> e = src[j];
7. if (e != null) {
8. src[j] = null;
9. do {
10. Entry<K,V> next = e.next;
11. int i = indexFor(e.hash, newCapacity);
12. e.next = newTable[i];
13. newTable[i] = e;
14. e = next;
15. } while (e != null);
16. }
17. }
18. }

很明显，扩容是一个相当耗时的操作，因为它需要重新计算这些元素在新的数组中的位置并进行复制处理。因此，我们在用HashMap的时，最好能提前预估下HashMap中元素的个数，这样有助于提高HashMap的性能。

7、注意containsKey方法和containsValue方法。前者直接可以通过key的哈希值将搜索范围定位到指定索引对应的链表，而后者要对哈希数组的每个链表进行搜索。

8、我们重点来分析下求hash值和索引值的方法，这两个方法便是HashMap设计的最为核心的部分，二者结合能保证哈希表中的元素尽可能均匀地散列。

计算哈希值的方法如下：

[java] view plaincopy

1. static int hash(int h) {
2. h ^= (h >>> 20) ^ (h >>> 12);
3. return h ^ (h >>> 7) ^ (h >>> 4);
4. }

它只是一个数学公式，IDK这样设计对hash值的计算，自然有它的好处，至于为什么这样设计，我们这里不去追究，只要明白一点，用的位的操作使hash值的计算效率很高。

由hash值找到对应索引的方法如下：

[java] view plaincopy

1. static int indexFor(int h, int length) {
2. return h & (length-1);
3. }

这个我们要重点说下，我们一般对哈希表的散列很自然地会想到用hash值对length取模（即除法散列法），Hashtable中也是这样实现的，这种方法基本能保证元素在哈希表中散列的比较均匀，但取模会用到除法运算，效率很低，HashMap中则通过h&(length-1)的方法来代替取模，同样实现了均匀的散列，但效率要高很多，这也是HashMap对Hashtable的一个改进。

接下来，我们分析下为什么哈希表的容量一定要是2的整数次幂。首先，length为2的整数次幂的话，h&(length-1)就相当于对length取模，这样便保证了散列的均匀，同时也提升了效率；其次，length为2的整数次幂的话，为偶数，这样length-1为奇数，奇数的最后一位是1，这样便保证了h&(length-1)的最后一位可能为0，也可能为1（这取决于h的值），即与后的结果可能为偶数，也可能为奇数，这样便可以保证散列的均匀性，而如果length为奇数的话，很明显length-1为偶数，它的最后一位是0，这样h&(length-1)的最后一位肯定为0，即只能为偶数，这样任何hash值都只会被散列到数组的偶数下标位置上，这便浪费了近一半的空间，因此，length取2的整数次幂，是为了使不同hash值发生碰撞的概率较小，这样就能使元素在哈希表中均匀地散列。

【Java集合源码剖析】HashMap源码剖析（转）