面试专辑——HashMap源码剖析

DogJay 2019-02-02 后端技术 487人已围观

HashMap是基于哈希表实现的,每一个元素都是一个key-value对,其内部通过单链表解决冲突问题,容量不足(超过了阈值)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): ``` package java.util; import java.io.*; public class HashMap extends AbstractMap implements Map, Cloneable, Serializable { // 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。 static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 16; // 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) static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30; // 默认加载因子为0.75 static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f; // 存储数据的Entry数组,长度是2的幂。 // HashMap采用链表法解决冲突,每一个Entry本质上是一个单向链表 transient Entry[] table; // HashMap的底层数组中已用槽的数量 transient int size; // 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) int threshold; // 加载因子实际大小 final float loadFactor; // HashMap被改变的次数 transient volatile int modCount; // 指定“容量大小”和“加载因子”的构造函数 public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) { if (initialCapacity < 0) throw new IllegalArgumentException("Illegal initial capacity: " + initialCapacity); // HashMap的最大容量只能是MAXIMUM_CAPACITY if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY) initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY; //加载因此不能小于0 if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor)) throw new IllegalArgumentException("Illegal load factor: " + loadFactor); // 找出“大于initialCapacity”的最小的2的幂 int capacity = 1; while (capacity < initialCapacity) capacity <<= 1; // 设置“加载因子” this.loadFactor = loadFactor; // 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。 threshold = (int)(capacity * loadFactor); // 创建Entry数组,用来保存数据 table = new Entry[capacity]; init(); } // 指定“容量大小”的构造函数 public HashMap(int initialCapacity) { this(initialCapacity, DEFAULT_LOAD_FACTOR); } // 默认构造函数。 public HashMap() { // 设置“加载因子”为默认加载因子0.75 this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR; // 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。 threshold = (int)(DEFAULT_INITIAL_CAPACITY * DEFAULT_LOAD_FACTOR); // 创建Entry数组,用来保存数据 table = new Entry[DEFAULT_INITIAL_CAPACITY]; init(); } // 包含“子Map”的构造函数 public HashMap(Map m) { this(Math.max((int) (m.size() / DEFAULT_LOAD_FACTOR) + 1, DEFAULT_INITIAL_CAPACITY), DEFAULT_LOAD_FACTOR); // 将m中的全部元素逐个添加到HashMap中 putAllForCreate(m); } //求hash值的方法,重新计算hash值 static int hash(int h) { h ^= (h >>> 20) ^ (h >>> 12); return h ^ (h >>> 7) ^ (h >>> 4); } // 返回h在数组中的索引值,这里用&代替取模,旨在提升效率 // h & (length-1)保证返回值的小于length static int indexFor(int h, int length) { return h & (length-1); } public int size() { return size; } public boolean isEmpty() { return size == 0; } // 获取key对应的value public V get(Object key) { if (key == null) return getForNullKey(); // 获取key的hash值 int hash = hash(key.hashCode()); // 在“该hash值对应的链表”上查找“键值等于key”的元素 for (Entry e = table[indexFor(hash, table.length)]; e != null; e = e.next) { Object k; //判断key是否相同 if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) return e.value; } //没找到则返回null return null; } // 获取“key为null”的元素的值 // 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! private V getForNullKey() { for (Entry e = table[0]; e != null; e = e.next) { if (e.key == null) return e.value; } return null; } // HashMap是否包含key public boolean containsKey(Object key) { return getEntry(key) != null; } // 返回“键为key”的键值对 final Entry getEntry(Object key) { // 获取哈希值 // 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 int hash = (key == null) ? 0 : hash(key.hashCode()); // 在“该hash值对应的链表”上查找“键值等于key”的元素 for (Entry e = table[indexFor(hash, table.length)]; e != null; e = e.next) { Object k; if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) return e; } return null; } // 将“key-value”添加到HashMap中 public V put(K key, V value) { // 若“key为null”,则将该键值对添加到table[0]中。 if (key == null) return putForNullKey(value); // 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。 int hash = hash(key.hashCode()); int i = indexFor(hash, table.length); for (Entry e = table[i]; e != null; e = e.next) { Object k; // 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! if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) { V oldValue = e.value; e.value = value; e.recordAccess(this); return oldValue; } } // 若“该key”对应的键值对不存在,则将“key-value”添加到table中 modCount++; //将key-value添加到table[i]处 addEntry(hash, key, value, i); return null; } // putForNullKey()的作用是将“key为null”键值对添加到table[0]位置 private V putForNullKey(V value) { for (Entry e = table[0]; e != null; e = e.next) { if (e.key == null) { V oldValue = e.value; e.value = value; e.recordAccess(this); return oldValue; } } // 如果没有存在key为null的键值对,则直接题阿见到table[0]处! modCount++; addEntry(0, null, value, 0); return null; } // 创建HashMap对应的“添加方法”, // 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 // 而put()是对外提供的往HashMap中添加元素的方法。 private void putForCreate(K key, V value) { int hash = (key == null) ? 0 : hash(key.hashCode()); int i = indexFor(hash, table.length); // 若该HashMap表中存在“键值等于key”的元素,则替换该元素的value值 for (Entry e = table[i]; e != null; e = e.next) { Object k; if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) { e.value = value; return; } } // 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 createEntry(hash, key, value, i); } // 将“m”中的全部元素都添加到HashMap中。 // 该方法被内部的构造HashMap的方法所调用。 private void putAllForCreate(Map m) { // 利用迭代器将元素逐个添加到HashMap中 for (Iterator> i = m.entrySet().iterator(); i.hasNext(); ) { Map.Entry e = i.next(); putForCreate(e.getKey(), e.getValue()); } } // 重新调整HashMap的大小,newCapacity是调整后的容量 void resize(int newCapacity) { Entry[] oldTable = table; int oldCapacity = oldTable.length; //如果就容量已经达到了最大值,则不能再扩容,直接返回 if (oldCapacity == MAXIMUM_CAPACITY) { threshold = Integer.MAX_VALUE; return; } // 新建一个HashMap,将“旧HashMap”的全部元素添加到“新HashMap”中, // 然后,将“新HashMap”赋值给“旧HashMap”。 Entry[] newTable = new Entry[newCapacity]; transfer(newTable); table = newTable; threshold = (int)(newCapacity * loadFactor); } // 将HashMap中的全部元素都添加到newTable中 void transfer(Entry[] newTable) { Entry[] src = table; int newCapacity = newTable.length; for (int j = 0; j < src.length; j++) { Entry e = src[j]; if (e != null) { src[j] = null; do { Entry next = e.next; int i = indexFor(e.hash, newCapacity); e.next = newTable[i]; newTable[i] = e; e = next; } while (e != null); } } } // 将"m"的全部元素都添加到HashMap中 public void putAll(Map m) { // 有效性判断 int numKeysToBeAdded = m.size(); if (numKeysToBeAdded == 0) return; // 计算容量是否足够, //