HashMap在JDK7与JDK8中的实现过程解析

HashMap的实现原理

首先有一个每个元素都是链表（可能表述不准确）的数组，当添加一个元素（key-value）时，就首先计算元素key的hash值，以此确定插入数组中的位置，但是可能存在同一hash值的元素已经被放在数组同一位置了，这时就添加到同一hash值的元素的后面，他们在数组的同一位置，但是形成了链表，同一各链表上的Hash值是相同的，所以说数组存放的是链表。而当链表长度太长时，链表就转换为红黑树，这样大大提高了查找的效率。 当链表数组的容量超过初始容量的0.75时，再散列将链表数组扩大2倍，把原链表数组的搬移到新的数组中

即HashMap的原理图是：

现在我来分析下JDK7与JDK8中HashMap的实现过程。

JDK7中的HashMap

HashMap底层维护一个数组，数组中的每一项都是一个Entry

transient Entry<K,V>[] table;

我们向 HashMap 中所放置的对象实际上是存储在该数组当中；

而Map中的key，value则以Entry的形式存放在数组中

static class Entry<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
        final K key;
        V value;
        Entry<K,V> next;
        int hash;

而这个Entry应该放在数组的哪一个位置上（这个位置通常称为位桶或者hash桶，即hash值相同的Entry会放在同一位置，用链表相连），是通过key的hashCode来计算的。

final int hash(Object k) {
        int h = 0;
        h ^= k.hashCode();

        h ^= (h >>> 20) ^ (h >>> 12);
        return h ^ (h >>> 7) ^ (h >>> 4);
    }

通过hash计算出来的值将会使用indexFor方法找到它应该所在的table下标：

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

这个方法其实相当于对table.length取模。

当两个key通过hashCode计算相同时，则发生了hash冲突(碰撞)，HashMap解决hash冲突的方式是用链表。

当发生hash冲突时，则将存放在数组中的Entry设置为新值的next（这里要注意的是，比如A和B都hash后都映射到下标i中，之前已经有A了，当map.put(B)时，将B放到下标i中，A则为B的next，所以新值存放在数组中，旧值在新值的链表上）

示意图：

所以当hash冲突很多时，HashMap退化成链表。

总结一下map.put后的过程：

当向 HashMap 中 put 一对键值时，它会根据 key的 hashCode 值计算出一个位置， 该位置就是此对象准备往数组中存放的位置。

如果该位置没有对象存在，就将此对象直接放进数组当中；如果该位置已经有对象存在了，则顺着此存在的对象的链开始寻找(为了判断是否是否值相同，map不允许<key,value>键值对重复)， 如果此链上有对象的话，再去使用 equals方法进行比较，如果对此链上的每个对象的 equals 方法比较都为 false，则将该对象放到数组当中，然后将数组中该位置以前存在的那个对象链接到此对象的后面。

值得注意的是，当key为null时，都放到table[0]中

private V putForNullKey(V value) {
        for (Entry<K,V> e = table[0]; e != null; e = e.next) {
            if (e.key == null) {
                V oldValue = e.value;
                e.value = value;
                e.recordAccess(this);
                return oldValue;
            }
        }
        modCount++;
        addEntry(0, null, value, 0);
        return null;
    }

当size大于threshold时，会发生扩容。 threshold等于capacity*load factor

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);
        }

        createEntry(hash, key, value, bucketIndex);
    }

jdk7中resize，只有当 size>=threshold并且 table中的那个槽中已经有Entry时，才会发生resize。即有可能虽然size>=threshold，但是必须等到每个槽都至少有一个Entry时，才会扩容。还有注意每次resize都会扩大一倍容量

JDK8中的HashMap

一直到JDK7为止，HashMap的结构都是这么简单，基于一个数组以及多个链表的实现，hash值冲突的时候，就将对应节点以链表的形式存储。

这样子的HashMap性能上就抱有一定疑问，如果说成百上千个节点在hash时发生碰撞，存储一个链表中，那么如果要查找其中一个节点，那就不可避免的花费O(N)的查找时间，这将是多么大的性能损失。这个问题终于在JDK8中得到了解决。再最坏的情况下，链表查找的时间复杂度为O(n),而红黑树一直是O(logn),这样会提高HashMap的效率。

JDK7中HashMap采用的是位桶+链表的方式，即我们常说的散列链表的方式，而JDK8中采用的是位桶+链表/红黑树（有关红黑树请查看红黑树）的方式，也是非线程安全的。当某个位桶的链表的长度达到某个阀值的时候，这个链表就将转换成红黑树。

JDK8中，当同一个hash值的节点数不小于8时，将不再以单链表的形式存储了，会被调整成一颗红黑树（上图中null节点没画）。这就是JDK7与JDK8中HashMap实现的最大区别。

接下来，我们来看下JDK8中HashMap的源码实现。

JDK中Entry的名字变成了Node，原因是和红黑树的实现TreeNode相关联。

transient Node<K,V>[] table;

当冲突节点数不小于8-1时，转换成红黑树。

static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8;

以put方法在JDK8中有了很大的改变

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;
	//如果当前map中无数据，执行resize方法。并且返回n
        if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
            n = (tab = resize()).length;
	 //如果要插入的键值对要存放的这个位置刚好没有元素，那么把他封装成Node对象，放在这个位置上就完事了
        if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
            tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
	//否则的话，说明这上面有元素
        else {
            Node<K,V> e; K k;
	    //如果这个元素的key与要插入的一样，那么就替换一下，也完事。
            if (p.hash == hash &&
                ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                e = p;
	    //1.如果当前节点是TreeNode类型的数据，执行putTreeVal方法
            else if (p instanceof TreeNode)
                e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
            else {
		//还是遍历这条链子上的数据，跟jdk7没什么区别
                for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
                    if ((e = p.next) == null) {
                        p.next = newNode(hash, key, value, null);
			//2.完成了操作后多做了一件事情，判断，并且可能执行treeifyBin方法
                        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) //true || --
                    e.value = value;
		   //3.
                afterNodeAccess(e);
                return oldValue;
            }
        }
        ++modCount;
	//判断阈值，决定是否扩容
        if (++size > threshold)
            resize();
	    //4.
        afterNodeInsertion(evict);
        return null;
    }

treeifyBin()就是将链表转换成红黑树。

之前的indefFor()方法消失 了，直接用(tab.length-1)&hash，所以看到这个，代表的就是数组的下角标。

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

Reference：

1. http://www.tuicool.com/articles/Yruqiye

2. http://wenku.baidu.com/link?url=qRXqFTKcObVZATjznA97yNw8zMdsxNsX20sLAyn40YmUqF43QVf_yIPB97U33qMT36mtDaEzzuBHev5zCzr1jfJ2SZHjufV4LdEVzGHZ2T3

3. https://segmentfault.com/a/1190000003617333

4. http://blog.csdn.net/q291611265/article/details/46797557

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