HashMap源码剖析

HashMap简介

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<K,V>    
    extends AbstractMap<K,V>    
    implements Map<K,V>, 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<? extends K, ? extends V> 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<K,V> 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<K,V> 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<K,V> 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<K,V> 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<K,V> 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<K,V> 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<K,V> 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<? extends K, ? extends V> m) {    
        // 利用迭代器将元素逐个添加到HashMap中    
        for (Iterator<? extends Map.Entry<? extends K, ? extends V>> i = m.entrySet().iterator(); i.hasNext(); ) {    
            Map.Entry<? extends K, ? extends V> 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<K,V> e = src[j];    
            if (e != null) {    
                src[j] = null;    
                do {    
                    Entry<K,V> 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<? extends K, ? extends V> m) {    
        // 有效性判断    
        int numKeysToBeAdded = m.size();    
        if (numKeysToBeAdded == 0)    
            return;    
   
        // 计算容量是否足够，    
        // 若“当前阀值容量 < 需要的容量”，则将容量x2。    
        if (numKeysToBeAdded > threshold) {    
            int targetCapacity = (int)(numKeysToBeAdded / loadFactor + 1);    
            if (targetCapacity > MAXIMUM_CAPACITY)    
                targetCapacity = MAXIMUM_CAPACITY;    
            int newCapacity = table.length;    
            while (newCapacity < targetCapacity)    
                newCapacity <<= 1;    
            if (newCapacity > table.length)    
                resize(newCapacity);    
        }    
   
        // 通过迭代器，将“m”中的元素逐个添加到HashMap中。    
        for (Iterator<? extends Map.Entry<? extends K, ? extends V>> i = m.entrySet().iterator(); i.hasNext(); ) {    
            Map.Entry<? extends K, ? extends V> e = i.next();    
            put(e.getKey(), e.getValue());    
        }    
    }    
   
    // 删除“键为key”元素    
    public V remove(Object key) {    
        Entry<K,V> e = removeEntryForKey(key);    
        return (e == null ? null : e.value);    
    }    
   
    // 删除“键为key”的元素    
    final Entry<K,V> removeEntryForKey(Object key) {    
        // 获取哈希值。若key为null，则哈希值为0；否则调用hash()进行计算    
        int hash = (key == null) ? 0 : hash(key.hashCode());    
        int i = indexFor(hash, table.length);    
        Entry<K,V> prev = table[i];    
        Entry<K,V> e = prev;    
   
        // 删除链表中“键为key”的元素    
        // 本质是“删除单向链表中的节点”    
        while (e != null) {    
            Entry<K,V> next = e.next;    
            Object k;    
            if (e.hash == hash &&    
                ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) {    
                modCount++;    
                size--;    
                if (prev == e)    
                    table[i] = next;    
                else   
                    prev.next = next;    
                e.recordRemoval(this);    
                return e;    
            }    
            prev = e;    
            e = next;    
        }    
   
        return e;    
    }    
   
    // 删除“键值对”    
    final Entry<K,V> removeMapping(Object o) {    
        if (!(o instanceof Map.Entry))    
            return null;    
   
        Map.Entry<K,V> entry = (Map.Entry<K,V>) o;    
        Object key = entry.getKey();    
        int hash = (key == null) ? 0 : hash(key.hashCode());    
        int i = indexFor(hash, table.length);    
        Entry<K,V> prev = table[i];    
        Entry<K,V> e = prev;    
   
        // 删除链表中的“键值对e”    
        // 本质是“删除单向链表中的节点”    
        while (e != null) {    
            Entry<K,V> next = e.next;    
            if (e.hash == hash && e.equals(entry)) {    
                modCount++;    
                size--;    
                if (prev == e)    
                    table[i] = next;    
                else   
                    prev.next = next;    
                e.recordRemoval(this);    
                return e;    
            }    
            prev = e;    
            e = next;    
        }    
   
        return e;    
    }    
   
    // 清空HashMap，将所有的元素设为null    
    public void clear() {    
        modCount++;    
        Entry[] tab = table;    
        for (int i = 0; i < tab.length; i++)    
            tab[i] = null;    
        size = 0;    
    }    
   
    // 是否包含“值为value”的元素    
    public boolean containsValue(Object value) {    
    // 若“value为null”，则调用containsNullValue()查找    
    if (value == null)    
            return containsNullValue();    
   
    // 若“value不为null”，则查找HashMap中是否有值为value的节点。    
    Entry[] tab = table;    
        for (int i = 0; i < tab.length ; i++)    
            for (Entry e = tab[i] ; e != null ; e = e.next)    
                if (value.equals(e.value))    
                    return true;    
    return false;    
    }    
   
    // 是否包含null值    
    private boolean containsNullValue() {    
    Entry[] tab = table;    
        for (int i = 0; i < tab.length ; i++)    
            for (Entry e = tab[i] ; e != null ; e = e.next)    
                if (e.value == null)    
                    return true;    
    return false;    
    }    
   
    // 克隆一个HashMap，并返回Object对象    
    public Object clone() {    
        HashMap<K,V> result = null;    
        try {    
            result = (HashMap<K,V>)super.clone();    
        } catch (CloneNotSupportedException e) {    
            // assert false;    
        }    
        result.table = new Entry[table.length];    
        result.entrySet = null;    
        result.modCount = 0;    
        result.size = 0;    
        result.init();    
        // 调用putAllForCreate()将全部元素添加到HashMap中    
        result.putAllForCreate(this);    
   
        return result;    
    }    
   
    // Entry是单向链表。    
    // 它是 “HashMap链式存储法”对应的链表。    
    // 它实现了Map.Entry 接口，即实现getKey(), getValue(), setValue(V value), equals(Object o), hashCode()这些函数    
    static class Entry<K,V> implements Map.Entry<K,V> {    
        final K key;    
        V value;    
        // 指向下一个节点    
        Entry<K,V> next;    
        final int hash;    
   
        // 构造函数。    
        // 输入参数包括"哈希值(h)", "键(k)", "值(v)", "下一节点(n)"    
        Entry(int h, K k, V v, Entry<K,V> n) {    
            value = v;    
            next = n;    
            key = k;    
            hash = h;    
        }    
   
        public final K getKey() {    
            return key;    
        }    
   
        public final V getValue() {    
            return value;    
        }    
   
        public final V setValue(V newValue) {    
            V oldValue = value;    
            value = newValue;    
            return oldValue;    
        }    
   
        // 判断两个Entry是否相等    
        // 若两个Entry的“key”和“value”都相等，则返回true。    
        // 否则，返回false    
        public final boolean equals(Object o) {    
            if (!(o instanceof Map.Entry))    
                return false;    
            Map.Entry e = (Map.Entry)o;    
            Object k1 = getKey();    
            Object k2 = e.getKey();    
            if (k1 == k2 || (k1 != null && k1.equals(k2))) {    
                Object v1 = getValue();    
                Object v2 = e.getValue();    
                if (v1 == v2 || (v1 != null && v1.equals(v2)))    
                    return true;    
            }    
            return false;    
        }    
   
        // 实现hashCode()    
        public final int hashCode() {    
            return (key==null   ? 0 : key.hashCode()) ^    
                   (value==null ? 0 : value.hashCode());    
        }    
   
        public final String toString() {    
            return getKey() + "=" + getValue();    
        }    
   
        // 当向HashMap中添加元素时，绘调用recordAccess()。    
        // 这里不做任何处理    
        void recordAccess(HashMap<K,V> m) {    
        }    
   
        // 当从HashMap中删除元素时，绘调用recordRemoval()。    
        // 这里不做任何处理    
        void recordRemoval(HashMap<K,V> m) {    
        }    
    }    
   
    // 新增Entry。将“key-value”插入指定位置，bucketIndex是位置索引。    
    void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {    
        // 保存“bucketIndex”位置的值到“e”中    
        Entry<K,V> e = table[bucketIndex];    
        // 设置“bucketIndex”位置的元素为“新Entry”，    
        // 设置“e”为“新Entry的下一个节点”    
        table[bucketIndex] = new Entry<K,V>(hash, key, value, e);    
        // 若HashMap的实际大小 不小于 “阈值”，则调整HashMap的大小    
        if (size++ >= threshold)    
            resize(2 * table.length);    
    }    
   
    // 创建Entry。将“key-value”插入指定位置。    
    void createEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {    
        // 保存“bucketIndex”位置的值到“e”中    
        Entry<K,V> e = table[bucketIndex];    
        // 设置“bucketIndex”位置的元素为“新Entry”，    
        // 设置“e”为“新Entry的下一个节点”    
        table[bucketIndex] = new Entry<K,V>(hash, key, value, e);    
        size++;    
    }    
   
    // HashIterator是HashMap迭代器的抽象出来的父类，实现了公共了函数。    
    // 它包含“key迭代器(KeyIterator)”、“Value迭代器(ValueIterator)”和“Entry迭代器(EntryIterator)”3个子类。    
    private abstract class HashIterator<E> implements Iterator<E> {    
        // 下一个元素    
        Entry<K,V> next;    
        // expectedModCount用于实现fast-fail机制。    
        int expectedModCount;    
        // 当前索引    
        int index;    
        // 当前元素    
        Entry<K,V> current;    
   
        HashIterator() {    
            expectedModCount = modCount;    
            if (size > 0) { // advance to first entry    
                Entry[] t = table;    
                // 将next指向table中第一个不为null的元素。    
                // 这里利用了index的初始值为0，从0开始依次向后遍历，直到找到不为null的元素就退出循环。    
                while (index < t.length && (next = t[index++]) == null)    
                    ;    
            }    
        }    
   
        public final boolean hasNext() {    
            return next != null;    
        }    
   
        // 获取下一个元素    
        final Entry<K,V> nextEntry() {    
            if (modCount != expectedModCount)    
                throw new ConcurrentModificationException();    
            Entry<K,V> e = next;    
            if (e == null)    
                throw new NoSuchElementException();    
   
            // 注意！！！    
            // 一个Entry就是一个单向链表    
            // 若该Entry的下一个节点不为空，就将next指向下一个节点;    
            // 否则，将next指向下一个链表(也是下一个Entry)的不为null的节点。    
            if ((next = e.next) == null) {    
                Entry[] t = table;    
                while (index < t.length && (next = t[index++]) == null)    
                    ;    
            }    
            current = e;    
            return e;    
        }    
   
        // 删除当前元素    
        public void remove() {    
            if (current == null)    
                throw new IllegalStateException();    
            if (modCount != expectedModCount)    
                throw new ConcurrentModificationException();    
            Object k = current.key;    
            current = null;    
            HashMap.this.removeEntryForKey(k);    
            expectedModCount = modCount;    
        }    
   
    }    
   
    // value的迭代器    
    private final class ValueIterator extends HashIterator<V> {    
        public V next() {    
            return nextEntry().value;    
        }    
    }    
   
    // key的迭代器    
    private final class KeyIterator extends HashIterator<K> {    
        public K next() {    
            return nextEntry().getKey();    
        }    
    }    
   
    // Entry的迭代器    
    private final class EntryIterator extends HashIterator<Map.Entry<K,V>> {    
        public Map.Entry<K,V> next() {    
            return nextEntry();    
        }    
    }    
   
    // 返回一个“key迭代器”    
    Iterator<K> newKeyIterator()   {    
        return new KeyIterator();    
    }    
    // 返回一个“value迭代器”    
    Iterator<V> newValueIterator()   {    
        return new ValueIterator();    
    }    
    // 返回一个“entry迭代器”    
    Iterator<Map.Entry<K,V>> newEntryIterator()   {    
        return new EntryIterator();    
    }    
   
    // HashMap的Entry对应的集合    
    private transient Set<Map.Entry<K,V>> entrySet = null;    
   
    // 返回“key的集合”，实际上返回一个“KeySet对象”    
    public Set<K> keySet() {    
        Set<K> ks = keySet;    
        return (ks != null ? ks : (keySet = new KeySet()));    
    }    
   
    // Key对应的集合    
    // KeySet继承于AbstractSet，说明该集合中没有重复的Key。    
    private final class KeySet extends AbstractSet<K> {    
        public Iterator<K> iterator() {    
            return newKeyIterator();    
        }    
        public int size() {    
            return size;    
        }    
        public boolean contains(Object o) {    
            return containsKey(o);    
        }    
        public boolean remove(Object o) {    
            return HashMap.this.removeEntryForKey(o) != null;    
        }    
        public void clear() {    
            HashMap.this.clear();    
        }    
    }    
   
    // 返回“value集合”，实际上返回的是一个Values对象    
    public Collection<V> values() {    
        Collection<V> vs = values;    
        return (vs != null ? vs : (values = new Values()));    
    }    
   
    // “value集合”    
    // Values继承于AbstractCollection，不同于“KeySet继承于AbstractSet”，    
    // Values中的元素能够重复。因为不同的key可以指向相同的value。    
    private final class Values extends AbstractCollection<V> {    
        public Iterator<V> iterator() {    
            return newValueIterator();    
        }    
        public int size() {    
            return size;    
        }    
        public boolean contains(Object o) {    
            return containsValue(o);    
        }    
        public void clear() {    
            HashMap.this.clear();    
        }    
    }    
   
    // 返回“HashMap的Entry集合”    
    public Set<Map.Entry<K,V>> entrySet() {    
        return entrySet0();    
    }    
   
    // 返回“HashMap的Entry集合”，它实际是返回一个EntrySet对象    
    private Set<Map.Entry<K,V>> entrySet0() {    
        Set<Map.Entry<K,V>> es = entrySet;    
        return es != null ? es : (entrySet = new EntrySet());    
    }    
   
    // EntrySet对应的集合    
    // EntrySet继承于AbstractSet，说明该集合中没有重复的EntrySet。    
    private final class EntrySet extends AbstractSet<Map.Entry<K,V>> {    
        public Iterator<Map.Entry<K,V>> iterator() {    
            return newEntryIterator();    
        }    
        public boolean contains(Object o) {    
            if (!(o instanceof Map.Entry))    
                return false;    
            Map.Entry<K,V> e = (Map.Entry<K,V>) o;    
            Entry<K,V> candidate = getEntry(e.getKey());    
            return candidate != null && candidate.equals(e);    
        }    
        public boolean remove(Object o) {    
            return removeMapping(o) != null;    
        }    
        public int size() {    
            return size;    
        }    
        public void clear() {    
            HashMap.this.clear();    
        }    
    }    
   
    // java.io.Serializable的写入函数    
    // 将HashMap的“总的容量，实际容量，所有的Entry”都写入到输出流中    
    private void writeObject(java.io.ObjectOutputStream s)    
        throws IOException    
    {    
        Iterator<Map.Entry<K,V>> i =    
            (size > 0) ? entrySet0().iterator() : null;    
   
        // Write out the threshold, loadfactor, and any hidden stuff    
        s.defaultWriteObject();    
   
        // Write out number of buckets    
        s.writeInt(table.length);    
   
        // Write out size (number of Mappings)    
        s.writeInt(size);    
   
        // Write out keys and values (alternating)    
        if (i != null) {    
            while (i.hasNext()) {    
            Map.Entry<K,V> e = i.next();    
            s.writeObject(e.getKey());    
            s.writeObject(e.getValue());    
            }    
        }    
    }    
   
   
    private static final long serialVersionUID = 362498820763181265L;    
   
    // java.io.Serializable的读取函数：根据写入方式读出    
    // 将HashMap的“总的容量，实际容量，所有的Entry”依次读出    
    private void readObject(java.io.ObjectInputStream s)    
         throws IOException, ClassNotFoundException    
    {    
        // Read in the threshold, loadfactor, and any hidden stuff    
        s.defaultReadObject();    
   
        // Read in number of buckets and allocate the bucket array;    
        int numBuckets = s.readInt();    
        table = new Entry[numBuckets];    
   
        init();  // Give subclass a chance to do its thing.    
   
        // Read in size (number of Mappings)    
        int size = s.readInt();    
   
        // Read the keys and values, and put the mappings in the HashMap    
        for (int i=0; i<size; i++) {    
            K key = (K) s.readObject();    
            V value = (V) s.readObject();    
            putForCreate(key, value);    
        }    
    }    
   
    // 返回“HashMap总的容量”    
    int   capacity()     { return table.length; }    
    // 返回“HashMap的加载因子”    
    float loadFactor()   { return loadFactor;   }    
}

几点总结

1、首先要清楚HashMap的存储结构，如下图所示：

图中，紫色部分即代表哈希表，也称为哈希数组，数组的每个元素都是一个单链表的头节点，链表是用来解决冲突的，如果不同的key映射到了数组的同一位置处，就将其放入单链表中。

2、首先看链表中节点的数据结构：

// Entry是单向链表。    
// 它是 “HashMap链式存储法”对应的链表。    
// 它实现了Map.Entry 接口，即实现getKey(), getValue(), setValue(V value), equals(Object o), hashCode()这些函数    
static class Entry<K,V> implements Map.Entry<K,V> {    
    final K key;    
    V value;    
    // 指向下一个节点    
    Entry<K,V> next;    
    final int hash;    
  
    // 构造函数。    
    // 输入参数包括"哈希值(h)", "键(k)", "值(v)", "下一节点(n)"    
    Entry(int h, K k, V v, Entry<K,V> n) {    
        value = v;    
        next = n;    
        key = k;    
        hash = h;    
    }    
  
    public final K getKey() {    
        return key;    
    }    
  
    public final V getValue() {    
        return value;    
    }    
  
    public final V setValue(V newValue) {    
        V oldValue = value;    
        value = newValue;    
        return oldValue;    
    }    
  
    // 判断两个Entry是否相等    
    // 若两个Entry的“key”和“value”都相等，则返回true。    
    // 否则，返回false    
    public final boolean equals(Object o) {    
        if (!(o instanceof Map.Entry))    
            return false;    
        Map.Entry e = (Map.Entry)o;    
        Object k1 = getKey();    
        Object k2 = e.getKey();    
        if (k1 == k2 || (k1 != null && k1.equals(k2))) {    
            Object v1 = getValue();    
            Object v2 = e.getValue();    
            if (v1 == v2 || (v1 != null && v1.equals(v2)))    
                return true;    
        }    
        return false;    
    }    
  
    // 实现hashCode()    
    public final int hashCode() {    
        return (key==null   ? 0 : key.hashCode()) ^    
               (value==null ? 0 : value.hashCode());    
    }    
  
    public final String toString() {    
        return getKey() + "=" + getValue();    
    }    
  
    // 当向HashMap中添加元素时，绘调用recordAccess()。    
    // 这里不做任何处理    
    void recordAccess(HashMap<K,V> m) {    
    }    
  
    // 当从HashMap中删除元素时，绘调用recordRemoval()。    
    // 这里不做任何处理    
    void recordRemoval(HashMap<K,V> m) {    
    }    
}

它的结构元素除了key、value、hash外，还有next，next指向下一个节点。另外，这里覆写了equals和hashCode方法来保证键值对的独一无二。

3、HashMap共有四个构造方法。构造方法中提到了两个很重要的参数：初始容量和加载因子。这两个参数是影响HashMap性能的重要参数，其中容量表示哈希表中槽的数量（即哈希数组的长度），初始容量是创建哈希表时的容量（从构造函数中可以看出，如果不指明，则默认为16），加载因子是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超出了加载因子与当前容量的乘积时，则要对该哈希表进行 resize 操作（即扩容）。

下面说下加载因子，如果加载因子越大，对空间的利用更充分，但是查找效率会降低（链表长度会越来越长）；如果加载因子太小，那么表中的数据将过于稀疏（很多空间还没用，就开始扩容了），对空间造成严重浪费。如果我们在构造方法中不指定，则系统默认加载因子为0.75，这是一个比较理想的值，一般情况下我们是无需修改的。

另外，无论我们指定的容量为多少，构造方法都会将实际容量设为不小于指定容量的2的次方的一个数，且最大值不能超过2的30次方

4、HashMap中key和value都允许为null。

5、要重点分析下HashMap中用的最多的两个方法put和get。先从比较简单的get方法着手，源码如下：

// 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<K,V> 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<K,V> e = table[0]; e != null; e = e.next) {    
        if (e.key == null)    
            return e.value;    
    }    
    return null;    
}

首先，如果key为null，则直接从哈希表的第一个位置table[0]对应的链表上查找。记住，key为null的键值对永远都放在以table[0]为头结点的链表中，当然不一定是存放在头结点table[0]中。

如果key不为null，则先求的key的hash值，根据hash值找到在table中的索引，在该索引对应的单链表中查找是否有键值对的key与目标key相等，有就返回对应的value，没有则返回null。

put方法稍微复杂些，代码如下：

  // 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<K,V> 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;    
  }

如果key为null，则将其添加到table[0]对应的链表中，putForNullKey的源码如下：

// 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<K,V> 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;    
}

如果key不为null，则同样先求出key的hash值，根据hash值得出在table中的索引，而后遍历对应的单链表，如果单链表中存在与目标key相等的键值对，则将新的value覆盖旧的value，比将旧的value返回，如果找不到与目标key相等的键值对，或者该单链表为空，则将该键值对插入到改单链表的头结点位置（每次新插入的节点都是放在头结点的位置），该操作是有addEntry方法实现的，它的源码如下：

// 新增Entry。将“key-value”插入指定位置，bucketIndex是位置索引。    
void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {    
    // 保存“bucketIndex”位置的值到“e”中    
    Entry<K,V> e = table[bucketIndex];    
    // 设置“bucketIndex”位置的元素为“新Entry”，    
    // 设置“e”为“新Entry的下一个节点”    
    table[bucketIndex] = new Entry<K,V>(hash, key, value, e);    
    // 若HashMap的实际大小 不小于 “阈值”，则调整HashMap的大小    
    if (size++ >= threshold)    
        resize(2 * table.length);    
}

注意这里倒数第三行的构造方法，将key-value键值对赋给table[bucketIndex]，并将其next指向元素e，这便将key-value放到了头结点中，并将之前的头结点接在了它的后面。该方法也说明，每次put键值对的时候，总是将新的该键值对放在table[bucketIndex]处（即头结点处）。

两外注意最后两行代码，每次加入键值对时，都要判断当前已用的槽的数目是否大于等于阀值（容量*加载因子），如果大于等于，则进行扩容，将容量扩为原来容量的2倍。

6、关于扩容。上面我们看到了扩容的方法，resize方法，它的源码如下：

// 重新调整HashMap的大小，newCapacity是调整后的单位    
void resize(int newCapacity) {    
    Entry[] oldTable = table;    
    int oldCapacity = oldTable.length;    
    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);    
}

很明显，是新建了一个HashMap的底层数组，而后调用transfer方法，将就HashMap的全部元素添加到新的HashMap中（要重新计算元素在新的数组中的索引位置）。transfer方法的源码如下：

// 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<K,V> e = src[j];    
        if (e != null) {    
            src[j] = null;    
            do {    
                Entry<K,V> next = e.next;    
                int i = indexFor(e.hash, newCapacity);    
                e.next = newTable[i];    
                newTable[i] = e;    
                e = next;    
            } while (e != null);    
        }    
    }    
}

很明显，扩容是一个相当耗时的操作，因为它需要重新计算这些元素在新的数组中的位置并进行复制处理。因此，我们在用HashMap的时，最好能提前预估下HashMap中元素的个数，这样有助于提高HashMap的性能。

7、注意containsKey方法和containsValue方法。前者直接可以通过key的哈希值将搜索范围定位到指定索引对应的链表，而后者要对哈希数组的每个链表进行搜索。

8、我们重点来分析下求hash值和索引值的方法，这两个方法便是HashMap设计的最为核心的部分，二者结合能保证哈希表中的元素尽可能均匀地散列。

计算哈希值的方法如下：

static int hash(int h) {  
        h ^= (h >>> 20) ^ (h >>> 12);  
        return h ^ (h >>> 7) ^ (h >>> 4);  
    }

它只是一个数学公式，IDK这样设计对hash值的计算，自然有它的好处，至于为什么这样设计，我们这里不去追究，只要明白一点，用的位的操作使hash值的计算效率很高。

由hash值找到对应索引的方法如下：

static int indexFor(int h, int length) {  
        return h & (length-1);  
    }

这个我们要重点说下，我们一般对哈希表的散列很自然地会想到用hash值对length取模（即除法散列法），Hashtable中也是这样实现的，这种方法基本能保证元素在哈希表中散列的比较均匀，但取模会用到除法运算，效率很低，HashMap中则通过h&(length-1)的方法来代替取模，同样实现了均匀的散列，但效率要高很多，这也是HashMap对Hashtable的一个改进。

接下来，我们分析下为什么哈希表的容量一定要是2的整数次幂。首先，length为2的整数次幂的话，h&(length-1)就相当于对length取模，这样便保证了散列的均匀，同时也提升了效率；其次，length为2的整数次幂的话，为偶数，这样length-1为奇数，奇数的最后一位是1，这样便保证了h&(length-1)的最后一位可能为0，也可能为1（这取决于h的值），即与后的结果可能为偶数，也可能为奇数，这样便可以保证散列的均匀性，而如果length为奇数的话，很明显length-1为偶数，它的最后一位是0，这样h&(length-1)的最后一位肯定为0，即只能为偶数，这样任何hash值都只会被散列到数组的偶数下标位置上，这便浪费了近一半的空间，因此，length取2的整数次幂，是为了使不同hash值发生碰撞的概率较小，这样就能使元素在哈希表中均匀地散列。

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HashMap的实现原理

简单说，HashMap就是将key做hash算法，然后将hash所对应的数据映射到内存地址，直接取得key所对应的数据。在HashMap中。底层数据结构使用的是数组，所谓的内存地址即数组的下标索引。HashMap的高性能需要保证以下几点：

• hash算法必须高效
• hash值到内存地址(数组索引)的算法是快速的
• 根据内存地址(数组索引)可以直接取得对应的值

如何保证hash算法高效,hash算法有关的代码如下：

int hash = hash(key.hashCode());
public native int hashCode();
static int hash(int h){
	h ^= (h >>> 20) ^ (h >>> 12);
	return h ^ (h >>> 7) ^ (h >>> 4);
}

第一行代码是HashMap用于计算key的hash值，它前后调用了Object类的hashCode()方法和HashMap的内部函数hash()。Object类的hashCode()方法默认是native的实现，可以认为不存在性能问题。而hash()函数的实现全部基于位运算，因此，也是高效的。

当取得key的hash值后，需要通过hash值得到内存地址：

int i = indexFor(hash, table.length);
static int indexFor(int h, int length){
	return h & (length - 1);
}

indexFor()函数通过将hash值和数组长度按位与直接得到数组索引。
最后由indexFor()函数返回的数组索引直接通过数组下标便可取得对应的值，直接的内存访问速度也是相当的快，因此，可认为HashMap是高性能的。

Hash冲突

如图3.11所示，需要存放到HashMap中的两个元素1和2，通过hash计算后，发现对应在内存中的同一个地址，如何处理？
其实HashMap的底层实现使用的是数组，但是数组内的元素并不是简单的值。而是一个Entry类的对象。因此，对HashMap结构贴切描述如图3.12所示。

可以看到，HashMap的内部维护着一个Entry数组，每一个Entry表项包括key、value、next和hash几项。next部分指向另外一个Entry。进一步阅读HashMap的put()方法源码，可以看到当put()操作有冲突时，新的Entry依然会被安放在对应的索引下标内，并替换原有的值。同时为了保证旧值不丢失，会将新的Entry的next指向旧值。这便实现了在一个数组索引空间内存放多个值项。因此，如图3.12所示，HashMap实际上是一个链表的数组。

public V put(K key, V value){
	if(key == null)
		return putForNullKey(value);
	int hash = hash(key.hashCode());
	int i = indexFor(hash, table.length);
	for(Entry<K, V> e = table[i]; e != null; e = e.next){
		Object k;
		//如果当前的key已经存在于HashMap中
		if(e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k)))
		{
			V oldValue = e.value;    //取得旧值
			e.value = value;
			e.recordAccess(this);
			return oldValue;     //返回旧值
		}
	}
	modCount++;
	addEntry(hash, key, value, i);    //添加当前的表项到i位置
	return null;
}

addEntry()方法的实现如下：

void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex){
	Entry<K,V> e = table[bucketIndex];
	//将新增元素放到i的位置，并让它的next指向旧的元素
	table[bucketIndex] = new Entry<K,V>(hash, key, value, e);
	if(size++ >= threshold){
		resize(2 * table.length);
	}
}

基于HashMap的这种实现机制，只要hashCode和hash()方法实现的足够好，能够尽可能的减少冲突的产生，那么对HashMap的操作几乎等价于对数组的随机访问操作，具有很好的性能。但是，如果hashCode()或者hash()方法实现较差，在大量冲突产生的情况下，HashMap事实上就退化为几个链表，对HashMap的操作等价于遍历链表，此时性能很差。

容量参数

除hashCode()的实现外，影响HashMap性能的还有它的容量参数。和ArrayList和Vector一样，这种基于数组的结构，不可避免的需要在数组空间不足时，进行扩展。而数组的重组相对而言较为耗时，因此对其作一定了解有助于优化HashMap的性能。

HashMap提供了两个可以指定初始化大小的构造函数：

public HashMap(int initialCapacity)
public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor)

其中initialCapacity指定了HashMap的初始容量，loadFactor指定了其负载因子。初始容量即数组的大小，HashMap会使用大于等于initialCapacity并且是2的指数次幂的最小的整数作为内置数组的大小。负载因子又叫填充比，它是介于0和1之间的浮点数，它决定了HashMap在扩容之前，其内部数组的填充度。默认情况下，HashMap初始大小为16，负载因子为0.75。

负载因子 ＝ 元素个数/内部数组总大小

在实际使用中，负载因子也可以设置为大于1的数，但如果这样做，HashMap将必然产生大量冲突，因为这无疑是在尝试往只有10个口袋的包里放15件物品，必然有几只口袋要大于一个物件。因此，通常不会这么使用。

在HashMap内部，还维护了一个threshold变量，它始终被定义为当前数组总容量和负载因子的乘积，它表示HashMap的阈值。当HashMap的实际容量超过阈值时，HashMap便会进行扩容。因此，HashMap的实际容量超过阈值时，HashMap便会进行扩容。因此，HashMap的实际填充率不会超过负载因子。

HashMap扩容的代码如下：

void resize(int newCapacity){
	Entry[] oldTable = table;
	int oldCapacity= oldTable.length;
	if(oldCapacity == MAXMUM_CAPACITY){
		threhold = Integer.MAX_VALUE;
		return;
	}
	//建立新的数组
	Entry[] newTable = new Entry[newCapacity];
	//将原有数组转到新的数组中
	transfer(newTable);
	table = newTable;
	//重新设置阈值，为新的容量和负载因子的乘积
	threshold = (int)(newCapacity * loadFactory);
}

其中，数组迁移逻辑主要在transfer()函数中实现，该函数实现和注释如下：

void transfer(Entry[] newTable){
	Entry[] src = table;
	int newCapacity = newTable.length;
	//遍历数组内所有表项
	for(int j = 0; j < src.length; j++){
		Entry<K,V> e = src[j];
		//当该表项索引有值存在时，则进行迁移
		if(e != null){
			src[j] = null;
			do{
				//进行数据迁移
				Entry<K,V> next = e.next;
				//计算该表现在新数组内的索引，并放置到新的数组中
				//建立新的链表关系
				int i = indexFor(e,hash, newCapacity);
				e.next = newTable[i];
				newTable[i] = e;
				e = next;
			}while(e != null)
		}
	}
}

很明显，HashMap的扩容操作会遍历整个HashMap，应该尽量避免该操作发生，设置合理的初始大小和负载因子，可以有效的减少HashMap扩容的次数。