HashMap用法及源码解读
1.HashMap简介
1.HashMap继承于AbstractMap，实现了Map、Cloneable、java.io.Serializable接口
2.HashMap的实现不是同步的，所以不是线程安全的
3.HashMap实例有两个参数 ：
初始容量：哈希表在创建时的容量
加载因子：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量超出了加载因子和当前容量的乘积时，则对哈希表进行rehash操作，从而翻倍桶数
哈希桶的概念：一个哈希表由多个桶（Bucket）组成，Bucket以HashKey值为索引，同一个桶中存放不同的元素，寻找某个元素时会先索引到相应的桶上，再找到该元素，查找更快
HashMap共有4个构造函数：
// 默认构造函数。
HashMap()
// 指定“容量大小”的构造函数
HashMap(int initialCapacity)
// 指定“容量大小”和“加载因子”的构造函数
HashMap(int initialCapacity, float loadFactor)
// 包含“子Map”的构造函数
HashMap(Map<? extends K, ? extends V> map)
2.继承关系
public class HashMap<K,V> extends AbstractMap<K,V>
implements Map<K,V>, Cloneable, Serializable
3.源码解读（基于jdk1.8）
HashMap就是一个散列表，它是通过“拉链法”解决哈希冲突的
transient Node<K,V>[] table;
HashMap中的key-value都是存储于Node数组中的
Node的数据结构：
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;
}
}
是一个单向链表，因此可以知道HashMap是通过“拉链法”解决冲突的
构造函数：
//同时指定“初始容量”和“加载因子”
public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {
if (initialCapacity < 0)
throw new IllegalArgumentException("Illegal initial capacity: " +
initialCapacity);
if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY)
initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY;
if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor))
throw new IllegalArgumentException("Illegal load factor: " +loadFactor);
this.loadFactor = loadFactor;
this.threshold = tableSizeFor(initialCapacity);
}
//指定“初始容量”
public HashMap(int initialCapacity) {
this(initialCapacity, DEFAULT_LOAD_FACTOR);
}
//默认构造函数
public HashMap() {
this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR; // all other fields defaulted
}
//包含“子map”的构造函数
public HashMap(Map<? extends K, ? extends V> m) {
this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR;
putMapEntries(m, false);
}
4.主要接口
4.1 clear()
清空HashMap。将所有元素设为null
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;
}
}
即遍历所有节点将其设为null
4.2 containsKey()
判断HashMap中是否包含key
public boolean containsKey(Object key) {
return getNode(hash(key), key) != null;
}
其中
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) {
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)
return ((TreeNode<K,V>)first).getTreeNode(hash, key);
do {
if (e.hash == hash &&
((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
return e;
} while ((e = e.next) != null);
}
}
return null;
}
即通过getNode(hash(key), key)来获得相应的Node，然后判断该Node是否存在。具体实现源码中已给出
4.3 containsValue()
判断HashMap中是否包含值为value的元素
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) {
for (Node<K,V> e = tab[i]; e != null; e = e.next) {
if ((v = e.value) == value ||
(value != null && value.equals(v)))
return true;
}
}
}
return false;
}
即遍历查询是否有值为value的节点
4.4 get()
通过key获取value
public V get(Object key) {
Node<K,V> e;
return (e = getNode(hash(key), key)) == null ? null : e.value;
}
其中
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) {
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)
return ((TreeNode<K,V>)first).getTreeNode(hash, key);
do {
if (e.hash == hash &&
((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
return e;
} while ((e = e.next) != null);
}
}
return null;
}
4.5 put（）
将“key-value”键值对添加到HashMap中
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;
if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
n = (tab = resize()).length;
if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
else {
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);
return oldValue;
}
}
++modCount;
if (++size > threshold)
resize();
afterNodeInsertion(evict);
return null;
}
从源码中我们可以注意到以下几点：
1.如果原来map中已经存在了key值，那么会用新值替换旧值
2.如果新增了元素之后，实际容量超过了阈值threshold，那么会重新调整hashmap的实际容量，即翻倍（resize（）具体源码在这里不再说明）
4.6 remove（）
删除map中某个元素
public V remove(Object key) {
Node<K,V> e;
return (e = removeNode(hash(key), key, null, false, true)) == null ?
null : e.value;
}
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;
}
从源码可以看出本质上就是删除单链表中的一个节点
4.7 replace（）
替换map中的某个元素，如果该key值不存在，则返回null；否则返回被替换的元素
public V replace(K key, V value) {
Node<K,V> e;
if ((e = getNode(hash(key), key)) != null) {
V oldValue = e.value;
e.value = value;
afterNodeAccess(e);
return oldValue;
}
return null;
}
4.7 clone（）
克隆一个 HashMap，之前我们提到HashMap实现了Cloneable接口，即实现了clone方法
public Object clone() {
HashMap<K,V> result;
try {
result = (HashMap<K,V>)super.clone();
} catch (CloneNotSupportedException e) {
// this shouldn't happen, since we are Cloneable
throw new InternalError(e);
}
result.reinitialize();
result.putMapEntries(this, false);
return result;
}
5.如何遍历一个HashMap
本节是重点，在大致了解了HashMap的实现原理后，我们就要去看一下如何遍历一个HashMap
主要有4种遍历方式：
//遍历键
Set<Integer> set = map.keySet();
for (Integer key : set) {
System.out.println(key + ":" + map.get(key));
}
//遍历值（但不能遍历键）
Collection<String> values = map.values();
for (String value : values) {
System.out.println(value);
}
//遍历键值对
Set<Entry<Integer,String>> entrySet = map.entrySet();
for (Entry<Integer, String> entry : entrySet) {
System.out.println(entry.getKey() + ":" + entry.getValue());
}
//遍历键值对（通过迭代器）
Iterator<Entry<Integer, String>> iterator = entrySet.iterator();
while(iterator.hasNext())
{
Entry<Integer, String> entry = iterator.next();
System.out.println(entry.getKey() + ":" + entry.getValue());
}
其中第三种方式最为简单，但是第四种方式效率最高（读者可通过上述所讲的原理自行思考）
6.关于HashMap的几个问题
① hashMap和ConcurrentHashMap的区别
ConcurrentHashMap是jdk1.5之后引入的，为了解决hashmap线程不安全的问题
ConcurrentHashMap代码中可以看出，它引入了一个“分段锁”的概念，具体可以理解为把一个大的Map拆分成N个小的HashTable，根据key.hashCode()来决定把key放到哪个HashTable中。
在ConcurrentHashMap中，就是把Map分成了N个Segment，put和get的时候，都是现根据key.hashCode()算出放到哪个Segment中
两种结构示意图.png
②hashmap为什么线程不安全
从上述讲解可知，hashmap内部变量存储使用的结构是单链表，这时候我们可以知道，如果多个线程同时执行put操作，并且他们的hashkey相同，那么它们就会发生碰撞，这时势必会丢失一个数据
而且，当多个线程同时检测到总数量超过门限值的时候就会同时调用resize操作，各自生成新的数组并rehash后赋给该map底层的数组table，结果最终只有最后一个线程生成的新数组被赋给table变量，其他线程的均会丢失。而且当某些线程已经完成赋值而其他线程刚开始的时候，就会用已经被赋值的table作为原始数组，这样也会有问题
③如果key是自定义的类，怎么办？
重写hashcode（）和equals（）
HashMap是基于散列函数，以数组和链表的方式实现的。
而对于每一个对象，通过其hashCode()方法可为其生成一个整形值（散列码），该整型值被处理后，将会作为数组下标，存放该对象所对应的Entry（存放该对象及其对应值）。
equals()方法则是在HashMap中插入值或查询时会使用到。当HashMap中插入 值或查询值对应的散列码与数组中的散列码相等时，则会通过equals方法比较key值是否相等，所以想以自建对象作为HashMap的key，必须重写 该对象继承object的equals方法。
HashMap中的比较key是这样的，先求出key的hashcode(),比较其值是否相等，若相等再比较equals(),若相等则认为他们是相等 的。若equals()不相等则认为他们不相等。如果只重写hashcode()不重写equals()方法，当比较equals()时只是看他们是否为 同一对象（即进行内存地址的比较）,所以必定要两个方法一起重写。HashMap用来判断key是否相等的方法，其实是调用了HashSet判断加入元素 是否相等
如果不重写hashcode（），那么两个含义相同的对象比较是其地址，不相等
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