【Java】HashMap 实现原理

Java集合框架有两个*接口，一个是collection接口，另一个是map接口，hashmap便是map接口的重要实现类。首先看map接口。根据map键值对的特性，接口中必然有相关的方法，主要是：

前三个与map的操作有关，后三个与map遍历相关。

在map接口中，还定义了一个entry接口，hashmap实现本质上是一个entry的数组的链表。所以entry可以看成是hashmap的基本单元。下面是entry接口的内容，其中最核心的其实就是这三个方法：

是对一个entry的key和value的获取以及value的修改。

下面是hashmap的实现类：

首先看一下重要的成员变量，

再看一下构造函数：

initialCapacity是一个与hashmap大小相关的参数，但是呢，他并不是最终的大小，可以看到，数组的大小其实是capacity，capacity是一个大于等于initialCapacity的2的次方，这个是通过一个while循环计算得到的，为什么必须是2的次方后面会说。loadfactor是装载因子，衡量饱满度。threashold是一个阈值，如果大于这个值，就认为hashmap太满了，碰撞的概率就很大，这时会触发resize过程，让hashmap扩容。modcount与多线程的迭代相关。table是entry的数组。

与hash有关的方法：

上述方法用于计算hash值，首先得到key的hashCode，然后再位运算，最终的hash值很均匀，原因不详。

    
这个函数用上面得到的hash值计算table的索引，为了让每一个位置都有可能容纳一个entry，我们第一个想到是的是除模运算，但是在计算机中除法的效率很低，这里使用位运算就大大提高了效率，这里也解释了为什么数组大小是2的次方，因为2的次方减去1以后就是一个全1的二进制数，做and操作就会保证索引的均匀性，否则加入某一位是0，那么这一位永远不会再索引中出现。这样就可以通过key定位table的索引了。

再看get方法

如果key是null，就调用如下方法：

    
key为null的entry存放在索引为0的位置，但是位置0不一定只有key为null的value，所以需要遍历位置0的所有entry，返回key为null的value。如果key不是null，那么就调用getEntry方法：

    
使用key定位索引，然后遍历索引里面的所有entry，找到key相等的value，返回，为什么要遍历，因为可能有碰撞。如果没指定key的entry，返回null。

下面是put方法：

    
如果插入key为null的值，会调用如下方法：

从索引0的entry数组遍历，看是否已经存在，如果是就只是更改value，此时modecount不加，说明更新不会触发迭代异常，否则就调用addEntry方法，新增一个entry。

增加一个entry需要看容量是否超过了阈值，如果超过，就需要resize扩容。然后调用createEntry新增一个entry。

这里就是调用entry的构造函数，让新的entry成为这个table槽位的第一个entry，其next指针设置为原本的第一个entry，所以新的元素都是插入到队首的。

那如果key不是null，过程也类似，通过hash值定位索引，然后在对应的table槽位中遍历entry，更新或者添加。过程一样。

最后看下扩容：

扩容会新建一个容量为原来2倍的table，然后调用下面的方法把原始的entry加入到新的table：

这个transfer过程就是把原本的每一个entry重新计算索引，再添加到队首的过程。

这边是hashmap的一些核心的实现。

最后，注意hashmap不是线程安全的，因为比方说某一时刻两个线程都要put相同的key和value，很可能在map里面存在两个一模一样的entry，两个都检测到没有key，就调用了addentry方法。

hashtable的实现基本上鱼hasnmap是一样的，只不过对一些方法加了synchroninzed锁，hashmap是一个hashtable的轻量级实现，在多线程环境下应该使用hashtable而非hashmap，当然也可以使用其他的线程安全级别的map，或者自己封装一下hashmap。hashtable还有一个却别就是不支持null的key和value。会报异常。