hashmap的实现原理

[北风余歌-77]

HashMap在日常工作中使用场景非常多，程序员都知道是HashMap是线程非安全的，但是底层是以什么方式存储的？本人仔细研读了一下源码，也只是掌握了核心的存储功能，并没有把全部代码看明白，但是对于理解hashMap的存储结构完全够了。 存储结构 hashmap底层是以数组方式进行存储。将key-value对作为数组中的一个元素进行存储。 key-value都是Map.Entry中的属性。其中将key的值进行hash之后进行存储，即每一个key都是计算hash值，然后再存储。每一个Hash值对应一个数组下标，数组下标是根据hash值和数组长度计算得来。 由于不能的key有可能hash值相同，即该位置的数组中的元素出现两个，对于这种情况，hashmap采用链表形式进行存储。 下图描述了hashmap的存储结构图 hashmap结构 Entry结构分析 Entry是hashMap中封装key-value键值对的，主要包括如下属性 static class Entry<K,V> implements Map.Entry<K,V> { final K key;// map中key值，可以为null。 V value; // map中的value值，可以为null。 Entry<K,V> next;// 链表引用，防止key值不同，hash值相同。 int hash; // 每个key的hash值 // 构造函数 Entry(int h, K k, V v, Entry<K,V> n) { value = v; next = n; key = k; hash = h; } public final K getKey() { return key; } public final V getValue() { return value; } // 同一个key时，新值替换旧值，返回旧值 public final V setValue(V newValue) { V oldValue = value; value = newValue; return oldValue; } // key值重写equals方法 public final boolean equals(Object o) { if (!(o instanceof Map.Entry)) return false; Map.Entry e = (Map.Entry)o; Object k1 = getKey(); Object k2 = e.getKey(); if (k1 == k2 || (k1 != null && k1.equals(k2))) { Object v1 = getValue(); Object v2 = e.getValue(); if (v1 == v2 || (v1 != null && v1.equals(v2))) return true; } return false; } // 重写hashCode值 public final int hashCode() { return Objects.hashCode(getKey()) ^ Objects.hashCode(getValue()); } public final String toString() { return getKey() + "=" + getValue(); } // 其他方法省略 } 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 HashMap属性分析 HashMap的属性分析 public class HashMap<K,V> extends AbstractMap<K,V> implements Map<K,V>, Cloneable, Serializable { /** *默认情况下，hashmap大小为16.即1<<4就是1乘以2的4次幂=16 */ static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; // aka 16 /** * hashMap的最大值 */ static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30; /** * 默认加载加载因子，即使用空间达到总空间的0.75时，需要扩容。 */ static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f; /** * 声明hashmap一个空数组。 */ static final Entry<?,?>[] EMPTY_TABLE = {}; /** * 最开始时，hashmap是一个空数组。 */ transient Entry<K,V>[] table = (Entry<K,V>[]) EMPTY_TABLE; /** * map的元素的个数 */ transient int size; /* * hashmap的实际存储空间大小。这个空间是总空间*加载因子得出的大小。 * 比如默认是16，加载因子是0.74。则threshold就是12。 */ int threshold; /** * 加载因子，即使用空间达到总空间的0.75时，需要扩容。 */ final float loadFactor; /** * */ transient int modCount; /** * threshold这个值的最大值就是Integer.MAX_VALUE */ static final int ALTERNATIVE_HASHING_THRESHOLD_DEFAULT = Integer.MAX_VALUE; 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 put方法 put（key,value）方法是hashmap中最重要的方法，使用hashmap最主要的就是使用put,get两个方法。put方法底层存储又是什么呢，我们可以从put方法的源码进行分析 public V put(K key, V value) { // 首次存储元素，初始化存储空间 if (table == EMPTY_TABLE) { inflateTable(threshold); } // 如果key为null，则将null放入元素的第一个位置 if (key == null) return putForNullKey(value); // 计算key的hash值 int hash = hash(key); // 根据key的hash值，数组长度计算该Entry<key,value>的数组下标 int i = indexFor(hash, table.length); /** **如果当前key的已经存在于map中，则将新值替换成旧值。 **/ for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) { Object k; // 判断同一个key，既要判断hash值相同，还要判断key是同一个key，因为 // 相同的key有可能hash值也相同。双重判断保证是同一个key。 if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) { V oldValue = e.value; e.value = value; e.recordAccess(this); return oldValue; } } // 如果是新的key需要存储，则增加操作次数modCount++ modCount++; // 将新增key-value键值对添加中map中。 addEntry(hash, key, value, i); return null; } 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 addEntry方法 addEntry方法是将新增的key-value键值对存入到map中。该方法主要完成两个功能： 1.1. 添加新元素前， 判断是否需要对map的数组进行扩容，如果需要扩容，则扩容空间大小是多少? 1.2. 对于新增key-value键值对，如果key的hash值相同，则构造单向列表。 从源码分析结果如下： /** ** hash:key的hash值 ** key:存储的键 ** value：存储的value对象值 *** bucketIndex：数组下标位置，即key-value在数组中的位置。 **/ void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) { if ((size >= threshold) && (null != table[bucketIndex])) { resize(2 * table.length); hash = (null != key) ? hash(key) : 0; bucketIndex = indexFor(hash, table.length); } // 往数组中添加新的key-value键值对 createEntry(hash, key, value, bucketIndex); } 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 createEntry 该方法主要完成两个功能，第一是添加新的key到Entry数组中，第二就是对于不同key的hash值相同的情况下，在同一个数组下标处，构建单向链表进行存储。 void createEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) { // 取出当前位置的元素，如果是新添加的key,则e为null，已经有的元素为不为空。 Entry<K,V> e = table[bucketIndex]; // 添加新的key-value值或构建链表 table[bucketIndex] = new Entry<>(hash, key, value, e); size++; } 1 2 3 4 5 6 7 8

[沁海棠]