JDK源码-HashMap

1，Map:映射表数据结构，通过key-value完成映射。HashMap的子实现主要包括：HashMap、LinkedHashMap、TreeMap、WeakHashMap、ConcurrentHashMap、IdentityHashMap。以下总结摘录自《Thingking In Java》

    -1，HashMap：使用Map集合的默认选择。因为HashMap对速度进行了优化。HashMap是Map基于散列表的实现，并取代了Hashtable。插入和查询的效率相对固定。可以通过构造器设置容量和负载因子以调整容器的性能。

    -2，LinkedHashMap：类似于HashMap，但是迭代遍历的时候，取得的顺序是其插入顺序。只比HashMap慢一点，但是在迭代访问时反而更快，因为其使用链表维护内部次序。

    -3，TreeMap：基于红黑树的实现（大学毕业面试百度的时候，被问道红黑树，然后被鄙视了。）。查看键值对时，会被排序（次序由Comparable或Comparator决定）。TreeMap的特点是得到的结果是排序后的。TreeMap是唯一一个带有subMap方法的Map，可以返回一个子Map。

    -4，WeakHashMap：弱键映射，允许释放映射所指向的对象。这是为了解决特殊问题设置的，比如希望对象能够被垃圾回收机制尽快回收。

    -5，ConcurrentHashMap：一种线程安全的Map，不涉及到同步加锁。

    -6，IdentityHashMap：使用==代替equals对key值进行比较。

/**
 *
 * @(#) Main.java
 * @Package com.map
 * 
 * Copyright © JING Corporation. All rights reserved.
 *
 */
 
package com.map;
 
import java.util.HashMap;
import java.util.Iterator;
import java.util.LinkedHashMap;
import java.util.Map;
import java.util.Set;
import java.util.TreeMap;
 
/**
 * 类描述：Run Config设置vm参数：-Xms128M -Xmx512M -XX:PermSize=64M -XX:MaxPermSize=128M
 * 
 * @author: Jing History: Jan 21, 2015 10:14:20 AM Jing Created.
 * 
 */
public class Main {
 
	public static void main(String[] args) {
		// HashMap 插入效率
		Map<Integer, Integer> hashMap = new HashMap<Integer, Integer>();
		long startTime = System.currentTimeMillis();
		addData(hashMap);
		long endTime = System.currentTimeMillis();
		System.out.println("HashMap插入1000000条数据，用时： " + (endTime - startTime));// 272
 
		startTime = System.currentTimeMillis();
		iterMap(hashMap);
		endTime = System.currentTimeMillis();
		System.out.println("HashMap遍历1000000条数据，用时： " + (endTime - startTime));// 84
		// System.out.println(hashMap.toString());
		// LinkedHashMap
		Map<Integer, Integer> linkedHashMap = new LinkedHashMap<Integer, Integer>();
		startTime = System.currentTimeMillis();
		addData(linkedHashMap);
		endTime = System.currentTimeMillis();
		System.out.println("LinkedHashMap插入1000000条数据，用时： "
				+ (endTime - startTime));// 551 LinkedHashMap HashMap
											// 插入和遍历的数据越大，数值的差异越明显
		startTime = System.currentTimeMillis();
		iterMap(linkedHashMap);
		endTime = System.currentTimeMillis();
		System.out.println("LinkedHashMap遍历1000000条数据，用时： "
				+ (endTime - startTime));// 85 LinkedHashMap HashMap
											// 插入和遍历的数据越大，数值的越接近
		// System.out.println(linkedHashMap.toString());
 
		Map<Integer, Integer> treeMap = new TreeMap<Integer, Integer>();
		startTime = System.currentTimeMillis();
		addData(treeMap);
		endTime = System.currentTimeMillis();
		System.out.println(" TreeMap插入1000000条数据，用时： " + (endTime - startTime));// 491
		startTime = System.currentTimeMillis();
		iterMap(treeMap);
		endTime = System.currentTimeMillis();
		System.out.println(" TreeMap遍历1000000条数据，用时： " + (endTime - startTime));// 538
//		System.out.println(treeMap.toString());
	}
 
	/**
	 * 
	 * 方法说明：向Map中添加数据
	 * 
	 * Author： Jing Create Date： Jan 21, 2015 10:40:18 AM
	 */
	static void addData(Map<Integer, Integer> map) {
		for (int i = 0; i <= 1000000; i++) {
			int value = (int) (Math.random() * i);
			map.put(i, value);
		}
 
	}
 
	/**
	 * 
	 * 方法说明：遍历Map
	 * 
	 * Author： Jing Create Date： Jan 21, 2015 10:41:00 AM
	 */
	static void iterMap(Map<Integer, Integer> map) {
 
		Set<Integer> keySet = map.keySet();
		Iterator<Integer> iter = keySet.iterator();
		while (iter.hasNext()) {
 
			int key = iter.next();
			map.get(key);
		}
 
	}
}

2，HashMap：

     -1，基于哈希表的Map接口实现，并允许null值和null键。此类不保证映射顺序，特别是不保证该顺序恒久不变。

    -2，HashMap的实例有两个参数影响性能分布：初始容量和加载因子。容量是哈希表中桶的数量，出事容量只是哈希表在初始化是创建的容量。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和当前容量的乘时，则要对哈希表进行rehash操作，从而哈希表将拥有之前两倍的桶数。即，哈希表中存储的数据量=加载因子 * 当前容量（桶数）。

    所以不能将初始容量设置的太高，或将加载因子设置的太低。默认加载因子为0.75。加载因子过小会造成空间的浪费，加载因子过高会造成哈希表中冲突的增加。

    此处需要自己阅读下哈希表的数据结构。

3，HashMap继承关系：

   

4，Map接口：Map接口虽然不继承Collection接口，但是仍然可视为一种Collection视图。Map接口定义了Map子集的所有共用特性方法，并定义了内部类Map.Entry类。Map.Entry存储了Map的key-value对，该类提供了getValue和getKey方法。

5，AbstractMap：实现Map接口的主要实现，方便开发人员重写Map接口。

6，HashMap的静态变量：

    -1，初始化容量

 static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 16;

    -2，最大容量： 2的30次方

static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;

    -3，默认加载因子

static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;

7，HashMap的成员变量：

    -1，Entry[] table：存储Entry键值对对象的数组。相当于hash算法中的初始数组。

transient Entry[] table;

    -2， int size：key-value键值对的数量。

transient int size;

    -3，int threshold：需要下次扩展的长度，结果为capacity * load

int threshold;

     -4，int modCount：HashMap结构化修改次数

  transient volatile int modCount;

    -5，entrySet

 // Views
 
    private transient Set<Map.Entry<K,V>> entrySet = null;

8，主要方法：

    -1，put(K key, V value)：

    public V put(K key, V value) {
        if (key == null)
            return putForNullKey(value);//如果key为空，执行putForNullKey方法
        int hash = hash(key.hashCode());//获取到key对应的hashCode值
        int i = indexFor(hash, table.length);//求取对应hashCode值在table中的位置
        for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) {//判断对应算出哈希表中的位置是否存在元素，如果存在元素，判断该Entry链。如果hash值相等，并且key相同，则替换值
            Object k;
            if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {
                V oldValue = e.value;
                e.value = value;
                e.recordAccess(this);
                return oldValue;
            }
        }
 
        modCount++;//结构化修改计数器加1
        addEntry(hash, key, value, i);//在对应哈希表的位置中增加Entry对象。
        return null;
    }

此处的for循环判断Entry链，即HashMap是使用哈希表的数据结构存放，但是对应哈希值相同的元素，使用链表在该位置存放。我们可以看Entry的源码：

 static class Entry<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
        final K key;
        V value;
        Entry<K,V> next;//链表，标识同一哈希值的下一实体
        final int hash;

根据put方法，可以查看对应的几个方法。

    putForNullKey：放置null Key。

  private V putForNullKey(V value) {
        for (Entry<K,V> e = table[0]; e != null; e = e.next) {
            if (e.key == null) {//查找table中的null key替换value
                V oldValue = e.value;
                e.value = value;
                e.recordAccess(this);
                return oldValue;
            }
        }
        modCount++;
        addEntry(0, null, value, 0);
        return null;
    }

addEntry方法：在对应table数组的buketIndex位置上，增加新的Entry对象，并使新Entry对象的next指向原有Entry对象。

  void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
	   Entry<K,V> e = table[bucketIndex];
        table[bucketIndex] = new Entry<K,V>(hash, key, value, e);
        if (size++ >= threshold)//存储元素加1，并在加1后判断是否超过了阀值，阀值在初始化HashMap时初始化。
            resize(2 * table.length);
    }

参考Entry对象的构造方法，很容易理解此处的代码：

   Entry(int h, K k, V v, Entry<K,V> n) {
            value = v;
            next = n;
            key = k;
            hash = h;
        }

-2，get(Object k)：

    public V get(Object key) {
        if (key == null)
            return getForNullKey();
        int hash = hash(key.hashCode());//获取哈希值
        for (Entry<K,V> e = table[indexFor(hash, table.length)];//获取对应哈希值的Entry链，遍历Entry链，查找到对应key的Entry对像，返回对应Entry的value。
             e != null;
             e = e.next) {
            Object k;
            if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k)))
                return e.value;
        }
        return null;
    }

-3，remove(Object key)：

   public V remove(Object key) {
        Entry<K,V> e = removeEntryForKey(key);
        return (e == null ? null : e.value);
    }

 final Entry<K,V> removeEntryForKey(Object key) {
        int hash = (key == null) ? 0 : hash(key.hashCode());//获取hash值
        int i = indexFor(hash, table.length);//hash在哈希表中的位置
        Entry<K,V> prev = table[i];//获取对应值的Entry链的首元素
        Entry<K,V> e = prev;
 
        while (e != null) {
            Entry<K,V> next = e.next;//遍历Entry链，查找值，从Entry链中移除
            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;
    }

-4，HashIterator：HashMap对应的迭代器

 private abstract class HashIterator<E> implements Iterator<E> {
        Entry<K,V> next;	// next entry to return
        int expectedModCount;	// For fast-fail
        int index;		// current slot
        Entry<K,V> current;	// current entry
 
        HashIterator() {
            expectedModCount = modCount;
            if (size > 0) { // advance to first entry
                Entry[] t = table;
                while (index < t.length && (next = t[index++]) == null)
                    ;
            }
        }
 
        public final boolean hasNext() {
            return next != null;
        }
 
        final Entry<K,V> nextEntry() {
            if (modCount != expectedModCount)
                throw new ConcurrentModificationException();
            Entry<K,V> e = next;
            if (e == null)
                throw new NoSuchElementException();
 
            if ((next = e.next) == null) {
                Entry[] t = table;
                while (index < t.length && (next = t[index++]) == null)
                    ;
            }
	    current = e;
            return e;
        }
 
        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;
        }
 
    }

-5，keySet

 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();
        }
    }

-6，三个迭代器

private final class ValueIterator extends HashIterator<V> {
        public V next() {
            return nextEntry().value;
        }
    }
 
    private final class KeyIterator extends HashIterator<K> {
        public K next() {
            return nextEntry().getKey();
        }
    }
 
    private final class EntryIterator extends HashIterator<Map.Entry<K,V>> {
        public Map.Entry<K,V> next() {
            return nextEntry();
        }
    }

9，HashMap子类，LinekedHashMap

LinekedHashMap使用链表实现其底层结构。

  private transient Entry<K,V> header;

基于HashMap.Entry对象，其定义了链表的Entry对象：

 private static class Entry<K,V> extends HashMap.Entry<K,V> {
        // These fields comprise the doubly linked list used for iteration.
        Entry<K,V> before, after;
 
	Entry(int hash, K key, V value, HashMap.Entry<K,V> next) {
            super(hash, key, value, next);
        }
 
        /**
         * Removes this entry from the linked list.
         */
        private void remove() {
            before.after = after;
            after.before = before;
        }
 
        /**
         * Inserts this entry before the specified existing entry in the list.
         */
        private void addBefore(Entry<K,V> existingEntry) {
            after  = existingEntry;
            before = existingEntry.before;
            before.after = this;
            after.before = this;
        }

删除和新增操作等，与LinkedList实现方式基本保持一致。