HashMap源码解析（PUT,GET,扩容，非线程安全）-一一网

【摘要】主要成员变量
节点数组 table 默认容器大小capacity为16节点，节点成员有hash,key,value,next扩容因子loadFactor ，默认为0.75扩容节点大小threshold 计算公式为capacity*loadFactor
构造函数
HashMap提供四个构造函数
public HashMap(int initialCapacity…

主要成员变量

节点数组 table 默认容器大小capacity为16
节点，节点成员有hash,key,value,next
扩容因子loadFactor ，默认为0.75
扩容节点大小threshold 计算公式为capacity*loadFactor

构造函数

HashMap提供四个构造函数

public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor)；
//此构造函数传入初始容器大小和扩容因子
public HashMap(int initialCapacity) ；
//此构造函数传入初始容器大小，扩容因子就会使用默认的0.75
public HashMap()；
//此构造函数是无参的，只会设置扩容因子为默认的0.75，而容器大小是不会初始化的，等PUT的时候再扩容，下文介绍。
public HashMap(Map<? extends K, ? extends V> m)；
//此构造函数是传入一个初始map，容器大小会初始化为大于此map大小的最小的2的幂次方的数，如传入map的大小为10，则容器大小为16.

  
 
  1
  2
  3
  4
  5
  6
  7
  8

PUT方法

1、判断容器是否为空，如果为空，则进行扩容（扩容方法详解下面介绍）。
2、根据key获取的hash值（下面介绍）跟容器大小-1（n-1）取模获取到容器下标，根据下标在节点容器中查找。
a.如果没有找到，则直接新建一个节点放入容器
b.如果有找到，且这个节点是红黑树节点，则以红黑树的方式进行插入新节点。且这个节点的hash,key都一致，则将旧值替换为新值，且返回旧值。如果在这个节点链表中没找到这个key，且已有的节点链表长度小于7，则直接在这个节点末尾直接插入这个新节点（尾插法），如果已有的节点长度等于7（加上新加的这个节点等于8），则会将这个节点链表变为红黑树。以红黑树的方式插入。
3、如果加入后的节点数量大于扩容节点数量（默认为12）则需要扩容。
流程图如下：
在这里插入图片描述

key的hash算法

//扰动函数
static final int hash(Object key) { int h; return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16); } tab[i = (n - 1) & hash]

  
 
  1
  2
  3
  4
  5
  6

这是用了二次hash运算。
第一次是通过key的hashcode无符号右移16位与key的hashcode做异或运算，这样能保证高16位能参与第二次hash（&）运算（如果直接用hashcode与n-1进行&运算，因为n-1的前16位基本都是0，则hashcode的高位基本不影响最终的结果）,混合原始哈希码的高位和低位，以此来加大低位的随机性,使最终二次hash计算出来的hash值碰撞减少。
第二次是为了能使计算的hash值能落在容器table中，所以需要对table的长度取模 hash%n;
计算机中，&运算比%运算高很多，所以基于以下的公式：
当 lenth = 2^n 时，X % length = X & (length – 1)
为了满足这个公式，让&取代%，我们容器的大小必须是2的幂次方，而且每次扩容都是扩大一倍。这也说明了为啥上面构造函数，如果你传的容器大小是18的话，他也会把你设为32。

扩容（resize）

在上面，我们知道，在put的时候有多次地方用到扩容。扩容源码如下（已添加了注释）

 final Node<K,V>[] resize() { Node<K,V>[] oldTab = table; int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length; int oldThr = threshold; int newCap, newThr = 0; //不是第一次扩容 if (oldCap > 0) { //如果已有的tabledable大小已经是最大的，无法扩容，直接返回 if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) { threshold = Integer.MAX_VALUE; return oldTab; } //newCap = oldCap << 1这里把容器扩大两倍，在上面有说明为啥扩大两倍 else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY && oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY) newThr = oldThr << 1; // 相应的扩容节点大小也扩大两倍 } else if (oldThr > 0)  //是第一次扩容，且是通过自己传入容器大小来初始化的，则直接把初始容器大小设为自己传入的容器大小 newCap = oldThr; else { // 是第一次扩容，且是无参构造函数初始化的，用默认的大小 newCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY; newThr = (int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY); } if (newThr == 0) {//是第一次扩容，且是通过自己传入容器大小来初始化的，因为此时oldThr是等于容器大小，不能直接赋值，则需要再根据公式容器大小*加载因子 计算一遍 float ft = (float)newCap * loadFactor; newThr = (newCap < MAXIMUM_CAPACITY && ft < (float)MAXIMUM_CAPACITY ? (int)ft : Integer.MAX_VALUE); } threshold = newThr; @SuppressWarnings({"rawtypes","unchecked"}) Node<K,V>[] newTab = (Node<K,V>[])new Node[newCap]; table = newTab; if (oldTab != null) {//不是第一次扩容，则需要将原来的节点重新进行hash计算 for (int j = 0; j < oldCap; ++j) { Node<K,V> e; if ((e = oldTab[j]) != null) { oldTab[j] = null; if (e.next == null)//节点链表就一个节点，则直接计算hash存储 newTab[e.hash & (newCap - 1)] = e; else if (e instanceof TreeNode)//红黑树节点，则需要将红黑树分组，重新计算 ((TreeNode<K,V>)e).split(this, newTab, j, oldCap); else { // 分组链表 Node<K,V> loHead = null, loTail = null;//重新计算后的hash下标值不变 Node<K,V> hiHead = null, hiTail = null;//重新计算后的hash下标值等于原来的hash下标+oldCap Node<K,V> next; do { next = e.next; if ((e.hash & oldCap) == 0) {//下标不变，使用尾插法，避免了多线程死循环 if (loTail == null) loHead = e; else loTail.next = e; loTail = e; } else {//下标变了 if (hiTail == null) hiHead = e; else hiTail.next = e; hiTail = e; } } while ((e = next) != null); if (loTail != null) { loTail.next = null; newTab[j] = loHead; } if (hiTail != null) { hiTail.next = null; newTab[j + oldCap] = hiHead; } } } } } return newTab; }

  
 
  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
  57
  58
  59
  60
  61
  62
  63
  64
  65
  66
  67
  68
  69
  70
  71
  72
  73
  74
  75
  76

每次扩容都是以两倍的大小扩容，且如果不是第一次扩容，则需要重新计算hash值排列，这是很耗费资源的，所以如果初始大概知道需要用到的容器大小，我们可以先初始设置容器大小，这样就能减少扩容的次数了。

多线程下put引发的线程不安全问题

在put方法中有一个判断是否hash碰撞

if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)// A tab[i] = newNode(hash, key, value, null);

  
 
  1
  2

假设两个线程A、B都在进行put操作，并且hash函数计算出的插入下标是相同的，当线程A执行完上面第A行代码后由于时间片耗尽导致被挂起，而线程B得到时间片后在该下标处插入了元素，完成了正常的插入，然后线程A获得时间片，由于之前已经进行了hash碰撞的判断，所以此时不会再进行判断，而是直接进行插入，这就导致了线程B插入的数据被线程A覆盖了，从而线程不安全。

if (++size > threshold)//B resize();

  
 
  1
  2

除此之前，还有就是代码中最后有一个判断是否需要扩容的第B行处有个++size，我们这样想，还是线程A、B，这两个线程同时进行put操作时，假设当前HashMap的zise大小为10，当线程A执行到第B行代码时，从主内存中获得size的值为10后准备进行+1操作，但是由于时间片耗尽只好让出CPU，线程B快乐的拿到CPU还是从主内存中拿到size的值10进行+1操作，完成了put操作并将size=11写回主内存，然后线程A再次拿到CPU并继续执行(此时size的值仍为10)，当执行完put操作后，还是将size=11写回内存，此时，线程A、B都执行了一次put操作，但是size的值只增加了1，所以说还是由于数据覆盖又导致了线程不安全。

GET方法

源码如下，已添加注释，比较简单，只是涉及到链表查找以及红黑树查找。

public V get(Object key) { Node<K,V> e; return (e = getNode(hash(key), key)) == null ? null : e.value; }
 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) { //hash碰撞有值 if (first.hash == hash && // always check first node ((k = first.key) == key || (key != null && key.equals(k))))//hash跟key都一样，则返回 return first; if ((e = first.next) != null) { if (first instanceof TreeNode)//红黑树节点，则需要再红黑树中查找节点 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);//循环在单链表中查找 } } 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