java-HashMap源码学习

阅读提示：HashMap源码在不同版本情况下，具体源码可能不一样（优化问题），但功能几乎是相同的（博主1.8）

什么是Hash？

hash表是一种数据结构，它拥有惊人的效率，它的时间复杂度低到接近O（1）这样的常数级。

hash表的实现主要是：
1.计算存储位置的hash函数。
2.处理哈希冲突的方法。
3.hash的物理存储。

hash函数

它的目的是通过一个key选出（映射）一个唯一的存储地址。

最常见的hash函数：f(key)=a*key+b
这里a,b为常数（不为0），f(key)就是计算出的哈希值
一般一个hash函数的设计好坏，直接影响到效率。

哈希冲突

hash冲突定义：当两个key相同时计算的hash值会一样，导致冲突。

hash冲突解决部分方法：
**开放定地址：**找下一块地址（另一个hash表（另一个未用过的hash值·），无限多）
**再散列函数法：**一个hash函数解决不了，就两个，两个不行就三个…
**链地址法（hash桶(此处链表)的概念）：**数组+链表，将具有相同hash的同义词按次序放入链表，并链表存在数组。链表的hash值以数组hash值开始确定新的hash（不担心与其它数组的hash相同）
还有的就不做介绍了

物理存储

物理存储结构:顺序|链式存储
hash表的主干永远都是一个数组
一般的hash只需要一个数组来存储，一般以数组下标做hash值。
在链地址法中需要用到链表。

什么是Map？

Map在计算机概念是一个key-value（唯一性）键值对

什么是HashMap?

根据前面的铺垫，
hashMap的存储主干是一个数组（源码中的Node(有些是Entry)对象数组），
Node（Entry）对象包含了Key-Value属性

hashMap处理hash冲突：java1.8后，使用的是链地址法。

数据存储结构如下：

在拥有链表的情况下，hashMap的查询效率必然是低一些的，复杂度提高到o(n)
但1.8利用了红黑树数据结构，又将复杂度降为了o(Log(n))

HashMap的源码分析

1.构造函数(4个)

部分成员变量：
///////////////////////////////
transient 关键字：再被修饰后变量序列化将不可见
///////////////////////////////
threshold:初始空间（initialCapacity传入参数）
loadFactor:负载因子
modCount:是快速失败的判断标准（在迭代时，其他线程访问Map,并导致其结构改变，会抛异常）
table:节点Set集合（HashMap主干，是个数组）
initialCapacity默认为16，loadFactory默认为0.75

负载因子在0.75时效率最好（数学统计学验证），用于衡量空间利用的方法选择

hashMap会扩容且容量永远是2的幂

	////合理判断参数，就结束构造
 	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);
    }

 	 ////合理判断空间大小参数，使用默认负载参数就结束构造
    public HashMap(int initialCapacity) {
        this(initialCapacity, DEFAULT_LOAD_FACTOR);
    }

 	 /////使用默认参数就结束构造
    public HashMap() {
        this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR; // all other fields defaulted
    }

	////构造一个具有相同的映射关系与指定Map一个新的HashMap。 HashMap中与默认负载因数（0.75）和初始容量足以容纳在指定的地图的映射创建
    public HashMap(Map<? extends K, ? extends V> m) {
        this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR;
        putMapEntries(m, false);
    }

发现此时table变量未分配空间。根据put函数源码发现，table变量在put()分配空间

再看关键对象Node(Entry)

	
	//Map.Entry是一个接口
	//Node
    static class Node<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
        final int hash;//哈希值
        final K key;//键值
        V value;
        Node<K,V> next;//下一节点；因为是链地址法

        Node(int hash, K key, V value, Node<K,V> next) {
            this.hash = hash;
            this.key = key;
            this.value = value;
            this.next = next;
        }
        //other
        }

再看其部分关键函数
hash() : key.hashCode()产生依靠equals()方法，位移异或等操作的哈希值
，这个根据版本不同也计算方法不同，但是hashCode()几乎一直存在
put() : 计算hash值然后对table

	/*单位计算key.hashCode（）和差（异或）的散列以降低的较高位。
	 因为表使用功率的两掩蔽，套散列的，只有在当前的掩模将总是碰撞上述位变化。 
	 （其中著名的例子是一组浮动键的小桌子控股连续整数）。
	 所以我们施加向下变换利差较高位的影响。 
	 有速度，实用，和位传播质量之间的权衡。 
	 由于哈希许多共同的集已合理分配（所以不要蔓延受益），因为我们用树来处理大型成套碰撞的垃圾箱，
	 我们只是XOR一些最便宜的方式转移位降低系统lossage，
	 以及纳入，否则将永远不会因为表界的指数计算中使用的最高位的影响。
	 */

	 static final int hash(Object key) {
        int h;
        return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
    }
    ////////////////////////////////
    public V put(K key, V value) {
        return putVal(hash(key), key, value, false, true);
    }
 	public V put(K key, V value) {
        return putVal(hash(key), key, value, false, true);
    }

    /**
     * Implements Map.put and related methods
     *
     * @param hash hash for key
     * @param key the key
     * @param value the value to put
     * @param onlyIfAbsent if true, don't change existing value
     * @param evict if false, the table is in creation mode.
     * @return previous value, or null if none
     */
    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;
            }
        }
        //快速失败
        ++modCount;
        if (++size > threshold)
            resize();
        afterNodeInsertion(evict);
        return null;
    }

JDK1.8在JDK1.7的基础上针对增加了红黑树来进行优化。即当链表超过8时，链表就转换为红黑树，利用红黑树快速增删改查的特点提高HashMap的性能，其中会用到红黑树的插入、删除、查找等算法。

看上面的put函数的putVal()就含有红黑树的插入方法，
一开始普通的链表不需要红黑树。
下列源码可以看出，
转换红黑树条件是
链表（是在每次遍历到数组时每个单元对于的链表,参考上图）节点数大于等于8且数组长度大于等于64，

详见方法：treeifyBin();

//判断处理方法
    final void treeifyBin(Node<K,V>[] tab, int hash) {
        int n, index; Node<K,V> e;
        if (tab == null || (n = tab.length) < MIN_TREEIFY_CAPACITY)
            resize();
        else if ((e = tab[index = (n - 1) & hash]) != null) {
            TreeNode<K,V> hd = null, tl = null;
            do {
                TreeNode<K,V> p = replacementTreeNode(e, null);
                if (tl == null)
                    hd = p;
                else {
                    p.prev = tl;
                    tl.next = p;
                }
                tl = p;
            } while ((e = e.next) != null);
            if ((tab[index] = hd) != null)
                hd.treeify(tab);
        }
    }

//红黑树构造类
static final class TreeNode<K,V> extends LinkedHashMap.Entry<K,V> {
        TreeNode<K,V> parent;  // red-black tree links
        TreeNode<K,V> left;
        TreeNode<K,V> right;
        TreeNode<K,V> prev;    // needed to unlink next upon deletion
        boolean red;//是红节点吗
        TreeNode(int hash, K key, V val, Node<K,V> next) {
            super(hash, key, val, next);
        }
        }

HashMap源码探究到此为止，以后可以继续深入，学习红黑树的实际应用等等

在此附上一张网上Copy过来的图：
是讲1.8版本的HashMap在增加元素后一系列的操作步骤，以及优化方式流程图

集合源码魅力无穷。
踏踏实实读源码。