以下内容基于jdk1.7.0_79源码；
什么是HashMap
基于哈希表的一个Map接口实现，存储的对象是一个键值对对象(Entry<K,V>)；
HashMap补充说明
基于数组和链表实现，内部维护着一个数组table，该数组保存着每个链表的表头结点；查找时，先通过hash函数计算hash值，再根据hash值计算数组索引，然后根据索引找到链表表头结点，然后遍历查找该链表；
HashMap数据结构
画了个示意图，如下，左边的数组索引是根据hash值计算得到，不同hash值有可能产生一样的索引，即哈希冲突，此时采用链地址法处理哈希冲突，即将所有索引一致的节点构成一个单链表；
HashMap继承的类与实现的接口
Map接口，方法的含义很简单，基本上看个方法名就知道了，后面会在HashMap源码分析里详细说明
AbstractMap抽象类中定义的方法
HashMap源码分析，大部分都加了注释
package java.util; 2 import java.io.*; 3 4 public class HashMap<K,V> 5 extends AbstractMap<K,V> 6 implements Map<K,V>, Cloneable, Serializable 7 { 8 9 /** 10 * 默认初始容量，默认为2的4次方 = 16 11 */ 12 static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; // aka 16 13 14 /** 15 * 最大容量，默认为1的30次方 16 */ 17 static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30; 18 19 /** 20 * 默认负载因子，默认为0.75 21 */ 22 static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f; 23 24 /** 25 *当表还没膨胀的时候，一个共享的空表对象 26 */ 27 static final Entry<?,?>[] EMPTY_TABLE = {}; 28 29 /** 30 * 表，大小可以改变，且大小必须为2的幂 31 */ 32 transient Entry<K,V>[] table = (Entry<K,V>[]) EMPTY_TABLE; 33 34 /** 35 * 当前Map中key-value映射的个数 36 */ 37 transient int size; 38 39 /** 40 * 下次扩容阈值，当size > capacity * load factor 41 */ 42 int threshold; 43 44 /** 45 * 负载因子 46 */ 47 final float loadFactor; 48 49 /** 50 * Hash表结构性修改次数，用于实现迭代器快速失败行为 51 */ 52 transient int modCount; 53 54 /** 55 * 容量阈值，默认大小为Integer.MAX_VALUE 56 */ 57 static final int ALTERNATIVE_HASHING_THRESHOLD_DEFAULT = Integer.MAX_VALUE; 58 59 /** 60 * 静态内部类Holder，存放一些只能在虚拟机启动后才能初始化的值 61 */ 62 private static class Holder { 63 64 /** 65 * 容量阈值 66 */ 67 static final int ALTERNATIVE_HASHING_THRESHOLD; 68 69 static { 70 //获取系统变量jdk.map.althashing.threshold 71 String altThreshold = java.security.AccessController.doPrivileged( 72 new sun.security.action.GetPropertyAction( 73 "jdk.map.althashing.threshold")); 74 75 int threshold; 76 try { 77 threshold = (null != altThreshold) 78 ? Integer.parseInt(altThreshold) 79 : ALTERNATIVE_HASHING_THRESHOLD_DEFAULT; 80 81 // jdk.map.althashing.threshold系统变量默认为-1，如果为-1，则将阈值设为Integer.MAX_VALUE 82 if (threshold == -1) { 83 threshold = Integer.MAX_VALUE; 84 } 85 //阈值需要为正数 86 if (threshold < 0) { 87 throw new IllegalArgumentException("value must be positive integer."); 88 } 89 } catch(IllegalArgumentException failed) { 90 throw new Error("Illegal value for 'jdk.map.althashing.threshold'", failed); 91 } 92 93 ALTERNATIVE_HASHING_THRESHOLD = threshold; 94 } 95 } 96 97 /** 98 * A randomizing value associated with this instance that is applied to 99 * hash code of keys to make hash collisions harder to find. If 0 then 100 * alternative hashing is disabled. 101 */ 102 transient int hashSeed = 0; 103 104 /** 105 * 生成一个空的HashMap,并指定其容量大小和负载因子 106 * 107 * @param initialCapacity 初始容量大小 108 * @param loadFactor 负载因子 109 * @throws IllegalArgumentException 当参数为无效的时候 110 */ 111 public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) { 112 //保证初始容量大于等于0 113 if (initialCapacity < 0) 114 throw new IllegalArgumentException("Illegal initial capacity: " + 115 initialCapacity); 116 //保证初始容量不大于最大容量MAXIMUM_CAPACITY 117 if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY) 118 initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY; 119 120 //loadFactor小于0或为无效数字 121 if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor)) 122 throw new IllegalArgumentException("Illegal load factor: " + 123 loadFactor); 124 //负载因子 125 this.loadFactor = loadFactor; 126 //下次扩容大小 127 threshold = initialCapacity; 128 init(); 129 } 130 131 /** 132 * 生成一个空的HashMap,并指定其容量大小，负载因子使用默认的0.75 133 * 134 * @param initialCapacity 初始容量大小 135 * @throws IllegalArgumentException 136 */ 137 public HashMap(int initialCapacity) { 138 this(initialCapacity, DEFAULT_LOAD_FACTOR); 139 } 140 141 /** 142 * 生成一个空的HashMap,容量大小使用默认值16，负载因子使用默认值0.75 143 */ 144 public HashMap() { 145 this(DEFAULT_INITIAL_CAPACITY, DEFAULT_LOAD_FACTOR); 146 } 147 148 /** 149 * 根据指定的map生成一个新的HashMap,负载因子使用默认值，初始容量大小为Math.max((int) (m.size() / DEFAULT_LOAD_FACTOR) + 1,DEFAULT_INITIAL_CAPACITY) 150 * @param m the map whose mappings are to be placed in this map 151 * @throws NullPointerException if the specified map is null 152 */ 153 public HashMap(Map<? extends K, ? extends V> m) { 154 this(Math.max((int) (m.size() / DEFAULT_LOAD_FACTOR) + 1, 155 DEFAULT_INITIAL_CAPACITY), DEFAULT_LOAD_FACTOR); 156 inflateTable(threshold); 157 158 putAllForCreate(m); 159 } 160 161 //返回>=number的最小2的n次方值，如number=5，则返回8 162 private static int roundUpToPowerOf2(int number) { 163 // assert number >= 0 : "number must be non-negative"; 164 return number >= MAXIMUM_CAPACITY 165 ? MAXIMUM_CAPACITY 166 : (number > 1) ? Integer.highestOneBit((number - 1) << 1) : 1; 167 } 168 169 /** 170 * 对table扩容 171 */ 172 private void inflateTable(int toSize) { 173 // Find a power of 2 >= toSize 174 //找一个值（2的n次方，且>=toSize） 175 int capacity = roundUpToPowerOf2(toSize); 176 177 //下次扩容阈值 178 threshold = (int) Math.min(capacity * loadFactor, MAXIMUM_CAPACITY + 1); 179 180 table = new Entry[capacity]; 181 initHashSeedAsNeeded(capacity); 182 } 183 184 // internal utilities 185 186 /** 187 * Initialization hook for subclasses. This method is called 188 * in all constructors and pseudo-constructors (clone, readObject) 189 * after HashMap has been initialized but before any entries have 190 * been inserted. (In the absence of this method, readObject would 191 * require explicit knowledge of subclasses.) 192 */ 193 void init() { 194 } 195 196 /** 197 * Initialize the hashing mask value. We defer initialization until we 198 * really need it. 199 */ 200 final boolean initHashSeedAsNeeded(int capacity) { 201 boolean currentAltHashing = hashSeed != 0; 202 boolean useAltHashing = sun.misc.VM.isBooted() && 203 (capacity >= Holder.ALTERNATIVE_HASHING_THRESHOLD); 204 boolean switching = currentAltHashing ^ useAltHashing; 205 if (switching) { 206 hashSeed = useAltHashing 207 ? sun.misc.Hashing.randomHashSeed(this) 208 : 0; 209 } 210 return switching; 211 } 212 213 /** 214 * 生成hash值 215 */ 216 final int hash(Object k) { 217 int h = hashSeed; 218 219 //如果key是字符串，调用un.misc.Hashing.stringHash32生成hash值，不调用String的 220 //Oracle表示能生成更好的hash分布，不过这在jdk8中已删除 221 if (0 != h && k instanceof String) { 222 return sun.misc.Hashing.stringHash32((String) k); 223 } 224 //一次散列，调用k的hashCode方法，获取hash值 225 h ^= k.hashCode(); 226 227 // This function ensures that hashCodes that differ only by 228 // constant multiples at each bit position have a bounded 229 // number of collisions (approximately 8 at default load factor). 230 //二次散列， 231 h ^= (h >>> 20) ^ (h >>> 12); 232 return h ^ (h >>> 7) ^ (h >>> 4); 233 } 234 235 /** 236 * 返回hash值的索引 237 */ 238 static int indexFor(int h, int length) { 239 // assert Integer.bitCount(length) == 1 : "length must be a non-zero power of 2"; 240 return h & (length-1); 241 } 242 243 /** 244 * 返回key-value映射个数 245 */ 246 public int size() { 247 return size; 248 } 249 250 /** 251 * 判断map是否为空 252 */ 253 public boolean isEmpty() { 254 return size == 0; 255 } 256 257 /** 258 * 返回指定key对应的value 259 */ 260 public V get(Object key) { 261 //key为null情况 262 if (key == null) 263 return getForNullKey(); 264 265 //根据key查找节点 266 Entry<K,V> entry = getEntry(key); 267 268 //返回key对应的值 269 return null == entry ? null : entry.getValue(); 270 } 271 272 /** 273 * 查找key为null的value，注意如果key为null，则其hash值为0，默认是放在table[0]里的 274 */ 275 private V getForNullKey() { 276 if (size == 0) { 277 return null; 278 } 279 //在table[0]的链表上查找key为null的键值对，因为null默认是存在table[0]的桶里 280 for (Entry<K,V> e = table[0]; e != null; e = e.next) { 281 if (e.key == null) 282 return e.value; 283 } 284 return null; 285 } 286 287 /** 288 *判断是否包含指定的key 289 */ 290 public boolean containsKey(Object key) { 291 return getEntry(key) != null; 292 } 293 294 /** 295 * 根据key查找键值对，找不到返回null 296 */ 297 final Entry<K,V> getEntry(Object key) { 298 if (size == 0) { 299 return null; 300 } 301 //如果key为null，hash值为0，否则调用hash方法，对key生成hash值 302 int hash = (key == null) ? 0 : hash(key); 303 304 //调用indexFor方法生成hash值的索引，遍历该索引下的链表，查找key“相等”的键值对 305 for (Entry<K,V> e = table[indexFor(hash, table.length)]; 306 e != null; 307 e = e.next) { 308 Object k; 309 if (e.hash == hash && 310 ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) 311 return e; 312 } 313 return null; 314 } 315 316 /** 317 * 向map存入一个键值对，如果key已存在，则覆盖 318 */ 319 public V put(K key, V value) { 320 //数组为空，对数组扩容 321 if (table == EMPTY_TABLE) { 322 inflateTable(threshold); 323 } 324 325 //对key为null的键值对调用putForNullKey处理 326 if (key == null) 327 return putForNullKey(value); 328 329 //生成hash值 330 int hash = hash(key); 331 332 //生成hash值索引 333 int i = indexFor(hash, table.length); 334 335 //查找是否有key“相等”的键值对，有的话覆盖 336 for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) { 337 Object k; 338 if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) { 339 V oldValue = e.value; 340 e.value = value; 341 e.recordAccess(this); 342 return oldValue; 343 } 344 } 345 346 //操作次数加一，用于迭代器快速失败行为 347 modCount++; 348 349 //在指定hash值索引处的链表上增加该键值对 350 addEntry(hash, key, value, i); 351 return null; 352 } 353 354 /** 355 * 存放key为null的键值对，存放在索引为0的链表上，已存在的话，替换 356 */ 357 private V putForNullKey(V value) { 358 for (Entry<K,V> e = table[0]; e != null; e = e.next) { 359 //已存在key为null，则替换 360 if (e.key == null) { 361 V oldValue = e.value; 362 e.value = value; 363 e.recordAccess(this); 364 return oldValue; 365 } 366 } 367 //操作次数加一，用于迭代器快速失败行为 368 modCount++; 369 //在指定hash值索引处的链表上增加该键值对 370 addEntry(0, null, value, 0); 371 return null; 372 } 373 374 /** 375 * 添加键值对 376 */ 377 private void putForCreate(K key, V value) { 378 //生成hash值 379 int hash = null == key ? 0 : hash(key); 380 381 //生成hash值索引， 382 int i = indexFor(hash, table.length); 383 384 /** 385 * key“相等”，则替换 386 */ 387 for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) { 388 Object k; 389 if (e.hash == hash && 390 ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) { 391 e.value = value; 392 return; 393 } 394 } 395 //在指定索引处的链表上创建该键值对 396 createEntry(hash, key, value, i); 397 } 398 399 //将制定map的键值对添加到map中 400 private void putAllForCreate(Map<? extends K, ? extends V> m) { 401 for (Map.Entry<? extends K, ? extends V> e : m.entrySet()) 402 putForCreate(e.getKey(), e.getValue()); 403 } 404 405 /** 406 * 对数组扩容 407 */ 408 void resize(int newCapacity) { 409 Entry[] oldTable = table; 410 int oldCapacity = oldTable.length; 411 412 if (oldCapacity == MAXIMUM_CAPACITY) { 413 threshold = Integer.MAX_VALUE; 414 return; 415 } 416 417 //创建一个指定大小的数组 418 Entry[] newTable = new Entry[newCapacity]; 419 420 transfer(newTable, initHashSeedAsNeeded(newCapacity)); 421 422 //table索引替换成新数组 423 table = newTable; 424 425 //重新计算阈值 426 threshold = (int)Math.min(newCapacity * loadFactor, MAXIMUM_CAPACITY + 1); 427 } 428 429 /** 430 * 拷贝旧的键值对到新的哈希表中 431 */ 432 void transfer(Entry[] newTable, boolean rehash) { 433 int newCapacity = newTable.length; 434 //遍历旧的数组 435 for (Entry<K,V> e : table) { 436 while(null != e) { 437 Entry<K,V> next = e.next; 438 if (rehash) { 439 e.hash = null == e.key ? 0 : hash(e.key); 440 } 441 //根据新的数组长度，重新计算索引， 442 int i = indexFor(e.hash, newCapacity); 443 444 //插入到链表表头 445 e.next = newTable[i]; 446 447 //将e放到索引为i处 448 newTable[i] = e; 449 450 //将e设置成下个节点 451 e = next; 452 } 453 } 454 } 455 456 /** 457 * 将制定map的键值对put到本map，key“相等”的直接覆盖 458 */ 459 public void putAll(Map<? extends K, ? extends V> m) { 460 int numKeysToBeAdded = m.size(); 461 if (numKeysToBeAdded == 0) 462 return; 463 464 //空map，扩容 465 if (table == EMPTY_TABLE) { 466 inflateTable((int) Math.max(numKeysToBeAdded * loadFactor, threshold)); 467 } 468 469 /* 470 * 判断是否需要扩容 471 */ 472 if (numKeysToBeAdded > threshold) { 473 int targetCapacity = (int)(numKeysToBeAdded / loadFactor + 1); 474 if (targetCapacity > MAXIMUM_CAPACITY) 475 targetCapacity = MAXIMUM_CAPACITY; 476 int newCapacity = table.length; 477 while (newCapacity < targetCapacity) 478 newCapacity <<= 1; 479 if (newCapacity > table.length) 480 resize(newCapacity); 481 } 482 483 //依次遍历键值对，并put 484 for (Map.Entry<? extends K, ? extends V> e : m.entrySet()) 485 put(e.getKey(), e.getValue()); 486 } 487 488 /** 489 * 移除指定key的键值对 490 */ 491 public V remove(Object key) { 492 Entry<K,V> e = removeEntryForKey(key); 493 return (e == null ? null : e.value); 494 } 495 496 /** 497 * 移除指定key的键值对 498 */ 499 final Entry<K,V> removeEntryForKey(Object key) { 500 if (size == 0) { 501 return null; 502 } 503 //计算hash值及索引 504 int hash = (key == null) ? 0 : hash(key); 505 int i = indexFor(hash, table.length); 506 507 Entry<K,V> prev = table[i]; 508 Entry<K,V> e = prev; 509 510 //头节点为table[i]的单链表上执行删除节点操作 511 while (e != null) { 512 Entry<K,V> next = e.next; 513 Object k; 514 //找到要删除的节点 515 if (e.hash == hash && 516 ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) { 517 modCount++; 518 size--; 519 if (prev == e) 520 table[i] = next; 521 else 522 prev.next = next; 523 e.recordRemoval(this); 524 return e; 525 } 526 prev = e; 527 e = next; 528 } 529 530 return e; 531 } 532 533 /** 534 * 删除指定键值对对象(Entry对象) 535 */ 536 final Entry<K,V> removeMapping(Object o) { 537 if (size == 0 || !(o instanceof Map.Entry)) 538 return null; 539 540 Map.Entry<K,V> entry = (Map.Entry<K,V>) o; 541 Object key = entry.getKey(); 542 int hash = (key == null) ? 0 : hash(key); 543 int i = indexFor(hash, table.length); 544 Entry<K,V> prev = table[i]; 545 Entry<K,V> e = prev; 546 547 while (e != null) { 548 Entry<K,V> next = e.next; 549 if (e.hash == hash && e.equals(entry)) { 550 modCount++; 551 size--; 552 if (prev == e) 553 table[i] = next; 554 else 555 prev.next = next; 556 e.recordRemoval(this); 557 return e; 558 } 559 prev = e; 560 e = next; 561 } 562 563 return e; 564 } 565 566 /** 567 * 清空map，将table数组所有元素设为null 568 */ 569 public void clear() { 570 modCount++; 571 Arrays.fill(table, null); 572 size = 0; 573 } 574 575 /** 576 * 判断是否含有指定value的键值对 577 */ 578 public boolean containsValue(Object value) { 579 if (value == null) 580 return containsNullValue(); 581 582 Entry[] tab = table; 583 for (int i = 0; i < tab.length ; i++) 584 for (Entry e = tab[i] ; e != null ; e = e.next) 585 if (value.equals(e.value)) 586 return true; 587 return false; 588 } 589 590 /** 591 * 判断是否含有value为null的键值对 592 */ 593 private boolean containsNullValue() { 594 Entry[] tab = table; 595 for (int i = 0; i < tab.length ; i++) 596 for (Entry e = tab[i] ; e != null ; e = e.next) 597 if (e.value == null) 598 return true; 599 return false; 600 } 601 602 /** 603 * 浅拷贝，键值对不复制 604 */ 605 public Object clone() { 606 HashMap<K,V> result = null; 607 try { 608 result = (HashMap<K,V>)super.clone(); 609 } catch (CloneNotSupportedException e) { 610 // assert false; 611 } 612 if (result.table != EMPTY_TABLE) { 613 result.inflateTable(Math.min( 614 (int) Math.min( 615 size * Math.min(1 / loadFactor, 4.0f), 616 // we have limits... 617 HashMap.MAXIMUM_CAPACITY), 618 table.length)); 619 } 620 result.entrySet = null; 621 result.modCount = 0; 622 result.size = 0; 623 result.init(); 624 result.putAllForCreate(this); 625 626 return result; 627 } 628 629 //节点对象 630 static class Entry<K,V> implements Map.Entry<K,V> { 631 final K key; 632 V value; 633 Entry<K,V> next; 634 int hash; 635 636 /** 637 * 创建节点 638 */ 639 Entry(int h, K k, V v, Entry<K,V> n) { 640 value = v; 641 next = n; 642 key = k; 643 hash = h; 644 } 645 646 public final K getKey() { 647 return key; 648 } 649 650 public final V getValue() { 651 return value; 652 } 653 654 //设置新value，并返回旧的value 655 public final V setValue(V newValue) { 656 V oldValue = value; 657 value = newValue; 658 return oldValue; 659 } 660 661 //判断key和value是否相同 662 public final boolean equals(Object o) { 663 if (!(o instanceof Map.Entry)) 664 return false; 665 Map.Entry e = (Map.Entry)o; 666 Object k1 = getKey(); 667 Object k2 = e.getKey(); 668 if (k1 == k2 || (k1 != null && k1.equals(k2))) { 669 Object v1 = getValue(); 670 Object v2 = e.getValue(); 671 if (v1 == v2 || (v1 != null && v1.equals(v2))) 672 return true; 673 } 674 return false; 675 } 676 677 public final int hashCode() { 678 return Objects.hashCode(getKey()) ^ Objects.hashCode(getValue()); 679 } 680 681 public final String toString() { 682 return getKey() + "=" + getValue(); 683 } 684 685 /** 686 * This method is invoked whenever the value in an entry is 687 * overwritten by an invocation of put(k,v) for a key k that's already 688 * in the HashMap. 689 */ 690 void recordAccess(HashMap<K,V> m) { 691 } 692 693 /** 694 * This method is invoked whenever the entry is 695 * removed from the table. 696 */ 697 void recordRemoval(HashMap<K,V> m) { 698 } 699 } 700 701 /** 702 * 添加新节点，如有必要，执行扩容操作 703 */ 704 void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) { 705 if ((size >= threshold) && (null != table[bucketIndex])) { 706 resize(2 * table.length); 707 hash = (null != key) ? hash(key) : 0; 708 bucketIndex = indexFor(hash, table.length); 709 } 710 711 createEntry(hash, key, value, bucketIndex); 712 } 713 714 /** 715 * 插入单链表表头 716 */ 717 void createEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) { 718 Entry<K,V> e = table[bucketIndex]; 719 table[bucketIndex] = new Entry<>(hash, key, value, e); 720 size++; 721 } 722 723 //hashmap迭代器 724 private abstract class HashIterator<E> implements Iterator<E> { 725 Entry<K,V> next; // 下个键值对索引 726 int expectedModCount; // 用于判断快速失败行为 727 int index; // current slot 728 Entry<K,V> current; // current entry 729 730 HashIterator() { 731 expectedModCount = modCount; 732 if (size > 0) { // advance to first entry 733 Entry[] t = table; 734 while (index < t.length && (next = t[index++]) == null) 735 ; 736 } 737 } 738 739 public final boolean hasNext() { 740 return next != null; 741 } 742 743 final Entry<K,V> nextEntry() { 744 if (modCount != expectedModCount) 745 throw new ConcurrentModificationException(); 746 Entry<K,V> e = next; 747 if (e == null) 748 throw new NoSuchElementException(); 749 750 if ((next = e.next) == null) { 751 Entry[] t = table; 752 while (index < t.length && (next = t[index++]) == null) 753 ; 754 } 755 current = e; 756 return e; 757 } 758 759 public void remove() { 760 if (current == null) 761 throw new IllegalStateException(); 762 if (modCount != expectedModCount) 763 throw new ConcurrentModificationException(); 764 Object k = current.key; 765 current = null; 766 HashMap.this.removeEntryForKey(k); 767 expectedModCount = modCount; 768 } 769 } 770 771 //ValueIterator迭代器 772 private final class ValueIterator extends HashIterator<V> { 773 public V next() { 774 return nextEntry().value; 775 } 776 } 777 //KeyIterator迭代器 778 private final class KeyIterator extends HashIterator<K> { 779 public K next() { 780 return nextEntry().getKey(); 781 } 782 } 783 ////KeyIterator迭代器 784 private final class EntryIterator extends HashIterator<Map.Entry<K,V>> { 785 public Map.Entry<K,V> next() { 786 return nextEntry(); 787 } 788 } 789 790 // 返回迭代器方法 791 Iterator<K> newKeyIterator() { 792 return new KeyIterator(); 793 } 794 Iterator<V> newValueIterator() { 795 return new ValueIterator(); 796 } 797 Iterator<Map.Entry<K,V>> newEntryIterator() { 798 return new EntryIterator(); 799 } 800 801 802 // Views 803 804 private transient Set<Map.Entry<K,V>> entrySet = null; 805 806 /** 807 * 返回一个set集合，包含key 808 */ 809 public Set<K> keySet() { 810 Set<K> ks = keySet; 811 return (ks != null ? ks : (keySet = new KeySet())); 812 } 813 814 private final class KeySet extends AbstractSet<K> { 815 public Iterator<K> iterator() { 816 return newKeyIterator(); 817 } 818 public int size() { 819 return size; 820 } 821 public boolean contains(Object o) { 822 return containsKey(o); 823 } 824 public boolean remove(Object o) { 825 return HashMap.this.removeEntryForKey(o) != null; 826 } 827 public void clear() { 828 HashMap.this.clear(); 829 } 830 } 831 832 /** 833 * 返回一个value集合，包含value 834 */ 835 public Collection<V> values() { 836 Collection<V> vs = values; 837 return (vs != null ? vs : (values = new Values())); 838 } 839 840 private final class Values extends AbstractCollection<V> { 841 public Iterator<V> iterator() { 842 return newValueIterator(); 843 } 844 public int size() { 845 return size; 846 } 847 public boolean contains(Object o) { 848 return containsValue(o); 849 } 850 public void clear() { 851 HashMap.this.clear(); 852 } 853 } 854 855 /** 856 * 返回一个键值对集合 857 */ 858 public Set<Map.Entry<K,V>> entrySet() { 859 return entrySet0(); 860 } 861 862 private Set<Map.Entry<K,V>> entrySet0() { 863 Set<Map.Entry<K,V>> es = entrySet; 864 return es != null ? es : (entrySet = new EntrySet()); 865 } 866 867 private final class EntrySet extends AbstractSet<Map.Entry<K,V>> { 868 public Iterator<Map.Entry<K,V>> iterator() { 869 return newEntryIterator(); 870 } 871 public boolean contains(Object o) { 872 if (!(o instanceof Map.Entry)) 873 return false; 874 Map.Entry<K,V> e = (Map.Entry<K,V>) o; 875 Entry<K,V> candidate = getEntry(e.getKey()); 876 return candidate != null && candidate.equals(e); 877 } 878 public boolean remove(Object o) { 879 return removeMapping(o) != null; 880 } 881 public int size() { 882 return size; 883 } 884 public void clear() { 885 HashMap.this.clear(); 886 } 887 } 888 889 /** 890 * map序列化 891 */ 892 private void writeObject(java.io.ObjectOutputStream s) 893 throws IOException 894 { 895 // Write out the threshold, loadfactor, and any hidden stuff 896 s.defaultWriteObject(); 897 898 // Write out number of buckets 899 if (table==EMPTY_TABLE) { 900 s.writeInt(roundUpToPowerOf2(threshold)); 901 } else { 902 s.writeInt(table.length); 903 } 904 905 // Write out size (number of Mappings) 906 s.writeInt(size); 907 908 // Write out keys and values (alternating) 909 if (size > 0) { 910 for(Map.Entry<K,V> e : entrySet0()) { 911 s.writeObject(e.getKey()); 912 s.writeObject(e.getValue()); 913 } 914 } 915 } 916 917 private static final long serialVersionUID = 362498820763181265L; 918 919 /** 920 * 反序列化 921 */ 922 private void readObject(java.io.ObjectInputStream s) 923 throws IOException, ClassNotFoundException 924 { 925 // Read in the threshold (ignored), loadfactor, and any hidden stuff 926 s.defaultReadObject(); 927 if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor)) { 928 throw new InvalidObjectException("Illegal load factor: " + 929 loadFactor); 930 } 931 932 // set other fields that need values 933 table = (Entry<K,V>[]) EMPTY_TABLE; 934 935 // Read in number of buckets 936 s.readInt(); // ignored. 937 938 // Read number of mappings 939 int mappings = s.readInt(); 940 if (mappings < 0) 941 throw new InvalidObjectException("Illegal mappings count: " + 942 mappings); 943 944 // capacity chosen by number of mappings and desired load (if >= 0.25) 945 int capacity = (int) Math.min( 946 mappings * Math.min(1 / loadFactor, 4.0f), 947 // we have limits... 948 HashMap.MAXIMUM_CAPACITY); 949 950 // allocate the bucket array; 951 if (mappings > 0) { 952 inflateTable(capacity); 953 } else { 954 threshold = capacity; 955 } 956 957 init(); // Give subclass a chance to do its thing. 958 959 // Read the keys and values, and put the mappings in the HashMap 960 for (int i = 0; i < mappings; i++) { 961 K key = (K) s.readObject(); 962 V value = (V) s.readObject(); 963 putForCreate(key, value); 964 } 965 } 966 967 // These methods are used when serializing HashSets 968 int capacity() { return table.length; } 969 float loadFactor() { return loadFactor; } 970 }
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jdk1.8后
说明：上图很形象的展示了HashMap的数据结构（数组+链表+红黑树），桶中的结构可能是链表，也可能是红黑树，红黑树的引入是为了提高效率。所以可见，在分析源码的时候我们不知不觉就温习了数据结构的知识点，一举两得。
HashMap源码分析
类的继承关系
public class HashMap<K,V> extends AbstractMap<K,V> implements Map<K,V>, Cloneable, Serializable 可以看到HashMap继承自父类（AbstractMap），实现了Map、Cloneable、Serializable接口。其中，Map接口定义了一组通用的操作；Cloneable接口则表示可以进行拷贝，在HashMap中，实现的是浅层次拷贝，即对拷贝对象的改变会影响被拷贝的对象；Serializable接口表示HashMap实现了序列化，即可以将HashMap对象保存至本地，之后可以恢复状态。
类的属性
public class HashMap<K,V> extends AbstractMap<K,V> implements Map<K,V>, Cloneable, Serializable { // 序列号 private static final long serialVersionUID = 362498820763181265L; // 默认的初始容量是16 static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; // 最大容量 static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30; // 默认的填充因子 static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f; // 当桶(bucket)上的结点数大于这个值时会转成红黑树 static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8; // 当桶(bucket)上的结点数小于这个值时树转链表 static final int UNTREEIFY_THRESHOLD = 6; // 树的最小的容量，至少是 4 x TREEIFY_THRESHOLD = 32 然后为了避免(resizing 和 treeification thresholds) 设置成64 static final int MIN_TREEIFY_CAPACITY = 64; // 存储元素的数组，总是2的幂次倍 transient Node<k,v>[] table; // 存放具体元素的集 transient Set<map.entry<k,v>> entrySet; // 存放元素的个数，注意这个不等于数组的长度。 transient int size; // 每次扩容和更改map结构的计数器 transient int modCount; // 临界值 当实际大小(容量*填充因子)超过临界值时，会进行扩容 int threshold; // 填充因子 final float loadFactor; }
说明：类的数据成员很重要，以上也解释得很详细了，其中有一个参数MIN_TREEIFY_CAPACITY，笔者暂时还不是太清楚，有读者知道的话欢迎指导。
类的构造函数
1. HashMap(int, float)型构造函数
public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) { // 初始容量不能小于0，否则报错 if (initialCapacity < 0) throw new IllegalArgumentException("Illegal initial capacity: " + initialCapacity); // 初始容量不能大于最大值，否则为最大值 if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY) initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY; // 填充因子不能小于或等于0，不能为非数字 if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor)) throw new IllegalArgumentException("Illegal load factor: " + loadFactor); // 初始化填充因子 this.loadFactor = loadFactor; // 初始化threshold大小 this.threshold = tableSizeFor(initialCapacity); }
说明：tableSizeFor(initialCapacity)返回大于initialCapacity的最小的二次幂数值。
static final int tableSizeFor(int cap) { int n = cap - 1; n |= n >>> 1; n |= n >>> 2; n |= n >>> 4; n |= n >>> 8; n |= n >>> 16; return (n < 0) ? 1 : (n >= MAXIMUM_CAPACITY) ? MAXIMUM_CAPACITY : n + 1; }
说明：>>> 操作符表示无符号右移，高位取0。
2. HashMap(int)型构造函数。
public HashMap(int initialCapacity) { // 调用HashMap(int, float)型构造函数 this(initialCapacity, DEFAULT_LOAD_FACTOR); }
3. HashMap()型构造函数。
public HashMap() { // 初始化填充因子 this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR; }
4. HashMap(Map<? extends K>)型构造函数。
public HashMap(Map<? extends K, ? extends V> m) { // 初始化填充因子 this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR; // 将m中的所有元素添加至HashMap中 putMapEntries(m, false); }
说明：putMapEntries(Map<? extends K, ? extends V> m, boolean evict)函数将m的所有元素存入本HashMap实例中。
final void putMapEntries(Map<? extends K, ? extends V> m, boolean evict) { int s = m.size(); if (s > 0) { // 判断table是否已经初始化 if (table == null) { // pre-size // 未初始化，s为m的实际元素个数 float ft = ((float)s / loadFactor) + 1.0F; int t = ((ft < (float)MAXIMUM_CAPACITY) ? (int)ft : MAXIMUM_CAPACITY); // 计算得到的t大于阈值，则初始化阈值 if (t > threshold) threshold = tableSizeFor(t); } // 已初始化，并且m元素个数大于阈值，进行扩容处理 else if (s > threshold) resize(); // 将m中的所有元素添加至HashMap中 for (Map.Entry<? extends K, ? extends V> e : m.entrySet()) { K key = e.getKey(); V value = e.getValue(); putVal(hash(key), key, value, false, evict); } } }
重要函数分析
1. putVal函数
final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent, boolean evict) { Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, i; // table未初始化或者长度为0，进行扩容 if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0) n = (tab = resize()).length; // (n - 1) & hash 确定元素存放在哪个桶中，桶为空，新生成结点放入桶中(此时，这个结点是放在数组中) if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null) tab[i] = newNode(hash, key, value, null); // 桶中已经存在元素 else { Node<K,V> e; K k; // 比较桶中第一个元素(数组中的结点)的hash值相等，key相等 if (p.hash == hash && ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) // 将第一个元素赋值给e，用e来记录 e = p; // hash值不相等，即key不相等；为红黑树结点 else if (p instanceof TreeNode) // 放入树中 e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value); // 为链表结点 else { // 在链表最末插入结点 for (int binCount = 0; ; ++binCount) { // 到达链表的尾部 if ((e = p.next) == null) { // 在尾部插入新结点 p.next = newNode(hash, key, value, null); // 结点数量达到阈值，转化为红黑树 if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st treeifyBin(tab, hash); // 跳出循环 break; } // 判断链表中结点的key值与插入的元素的key值是否相等 if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) // 相等，跳出循环 break; // 用于遍历桶中的链表，与前面的e = p.next组合，可以遍历链表 p = e; } } // 表示在桶中找到key值、hash值与插入元素相等的结点 if (e != null) { // 记录e的value V oldValue = e.value; // onlyIfAbsent为false或者旧值为null if (!onlyIfAbsent || oldValue == null) /用新值替换旧值 e.value = value; // 访问后回调 afterNodeAccess(e); // 返回旧值 return oldValue; } } // 结构性修改 ++modCount; // 实际大小大于阈值则扩容 if (++size > threshold) resize(); // 插入后回调 afterNodeInsertion(evict); return null; }
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说明：HashMap并没有直接提供putVal接口给用户调用，而是提供的put函数，而put函数就是通过putVal来插入元素的。2. getNode函数
final Node<K,V> getNode(int hash, Object key) { Node<K,V>[] tab; Node<K,V> first, e; int n; K k; // table已经初始化，长度大于0，根据hash寻找table中的项也不为空 if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 && (first = tab[(n - 1) & hash]) != null) { // 桶中第一项(数组元素)相等 if (first.hash == hash && // always check first node ((k = first.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) return first; // 桶中不止一个结点 if ((e = first.next) != null) { // 为红黑树结点 if (first instanceof TreeNode) // 在红黑树中查找 return ((TreeNode<K,V>)first).getTreeNode(hash, key); // 否则，在链表中查找 do { if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) return e; } while ((e = e.next) != null); } } return null; }
说明：HashMap并没有直接提供getNode接口给用户调用，而是提供的get函数，而get函数就是通过getNode来取得元素的。
3. resize函数
final Node<K,V>[] resize() { // 当前table保存 Node<K,V>[] oldTab = table; // 保存table大小 int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length; // 保存当前阈值 int oldThr = threshold; int newCap, newThr = 0; // 之前table大小大于0 if (oldCap > 0) { // 之前table大于最大容量 if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) { // 阈值为最大整形 threshold = Integer.MAX_VALUE; return oldTab; } // 容量翻倍，使用左移，效率更高 else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY && oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY) // 阈值翻倍 newThr = oldThr << 1; // double threshold } // 之前阈值大于0 else if (oldThr > 0) newCap = oldThr; // oldCap = 0并且oldThr = 0，使用缺省值（如使用HashMap()构造函数，之后再插入一个元素会调用resize函数，会进入这一步） else { newCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY; newThr = (int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY); } // 新阈值为0 if (newThr == 0) { float ft = (float)newCap * loadFactor; newThr = (newCap < MAXIMUM_CAPACITY && ft < (float)MAXIMUM_CAPACITY ? (int)ft : Integer.MAX_VALUE); } threshold = newThr; @SuppressWarnings({"rawtypes","unchecked"}) // 初始化table Node<K,V>[] newTab = (Node<K,V>[])new Node[newCap]; table = newTab; // 之前的table已经初始化过 if (oldTab != null) { // 复制元素，重新进行hash for (int j = 0; j < oldCap; ++j) { Node<K,V> e; if ((e = oldTab[j]) != null) { oldTab[j] = null; if (e.next == null) newTab[e.hash & (newCap - 1)] = e; else if (e instanceof TreeNode) ((TreeNode<K,V>)e).split(this, newTab, j, oldCap); else { // preserve order Node<K,V> loHead = null, loTail = null; Node<K,V> hiHead = null, hiTail = null; Node<K,V> next; // 将同一桶中的元素根据(e.hash & oldCap)是否为0进行分割，分成两个不同的链表，完成rehash do { next = e.next; if ((e.hash & oldCap) == 0) { if (loTail == null) loHead = e; else loTail.next = e; loTail = e; } else { 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; }
说明：进行扩容，会伴随着一次重新hash分配，并且会遍历hash表中所有的元素，是非常耗时的。在编写程序中，要尽量避免resize。
在resize前和resize后的元素布局如下
说明：上图只是针对了数组下标为2的桶中的各个元素在扩容后的分配布局，其他各个桶中的元素布局可以以此类推。
针对HashMap的思考
关于扩容的思考
从putVal源代码中我们可以知道，当插入一个元素的时候size就加1，若size大于threshold的时候，就会进行扩容。假设我们的capacity大小为32，loadFator为0.75,则threshold为24 = 32 * 0.75，此时，插入了25个元素，并且插入的这25个元素都在同一个桶中，桶中的数据结构为红黑树，则还有31个桶是空的，也会进行扩容处理，其实，此时，还有31个桶是空的，好像似乎不需要进行扩容处理，但是是需要扩容处理的，因为此时我们的capacity大小可能不适当。我们前面知道，扩容处理会遍历所有的元素，时间复杂度很高；前面我们还知道，经过一次扩容处理后，元素会更加均匀的分布在各个桶中，会提升访问效率。所以，说尽量避免进行扩容处理，也就意味着，遍历元素所带来的坏处大于元素在桶中均匀分布所带来的好处。如果有读者有不同意见，也欢迎讨论~
