java集合之HashMap理解和分析
1.HashMap的构造函数
public HashMap() {
this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR; // all other fields defaulted
}
构造一个空的HashMap，初始容量为16，负载因子为0.75，负载因子和它的作用将会在下方解释。
public HashMap(int initialCapacity) {
this(initialCapacity, DEFAULT_LOAD_FACTOR);
}
构造一个初始容量为initialCapacity，负载因子为0.75的HashMap。
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);
}
构造一个初始容量为initialCapacity，负载因子为loadFactor的HashMap。
public HashMap(Map<? extends K, ? extends V> m) {
this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR;
putMapEntries(m, false);
}
构造一个和参数Map有相同mappings的HashMap，并将m中的键值元素移到HashMap中。
2.HashMap的底层数据结构
在JDK1.8以后采用了hash表+链表+红黑树的数据结构,如下图。
JDK1.8之前则采用的是hash表+链表的数据结构。
从源码中可以知道HashMap内部维护者一个table的数组，它的默认大小是16。
/**
* The default initial capacity - MUST be a power of two.
*/
static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; // aka 16
transient Node<K,V>[] table;
并且使用的是拉链法处理hash冲突。
从HashMap的put方法的源码中可以看到，当链表的长度大于等于7时，链表将会转换成为红黑树。
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);
//超过了链表的设置长度就转换成红黑树
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;
}
3.HashMap的扩容机制
HashMap的扩容和之前提到的负载因子有关，当HashMap中的元素个数超过数组大小*loadFactor（负载因子默认0.75）时，就会进行数组扩容，HashMap的容量将扩大一倍。然而扩容是非常消耗性能的，因为元素要重新hash分配。
值得注意到的是在jdk中，当我们new HashMap并且指定初始化容量capacity时，jdk会帮我们取第一个大于capacity的2次幂。也即HashMap的容量必须是2的幂。
比如new HashMap(3); jdk则会生成一个容量为4的HashMap，new HashMap(5); jdk则会生成一个容量为8的HashMap。如果没有指定，则默认就是16。
因此可以得到一个结论，HashMap初始化时，初始化大小应该是initialCapacity=(需要储存元素的个数 / 负载因子)+1
4.HashMap线程不安全
HashMap的put方法并没有用到synchronized同步锁，所以在进行hash分配时，或处理hash冲突时（操作链表），或处理红黑树的结构时都会牵扯到对象引用的改变，那么在多线程环境下势必会造成数据结构组织错误，或其他异常。
此后还会重点研究一下ConcurrentHashMap，这是一个线程安全的，效率较（HashTable）高的HashMap。