HashMap源码分析

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HashMap简介

    HashMap是基于哈希表实现的，每一个元素是一个key-value对，其内部通过单链表解决冲突问题，容量不足（超过了阀值）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)：

1.  
   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.  
   // 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。
10.  
    static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 16;
11.  
     
12.  
    // 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）
13.  
    static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;
14.  
     
15.  
    // 默认加载因子为0.75
16.  
    static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;
17.  
     
18.  
    // 存储数据的Entry数组，长度是2的幂。
19.  
    // HashMap采用链表法解决冲突，每一个Entry本质上是一个单向链表
20.  
    transient Entry[] table;
21.  
     
22.  
    // HashMap的底层数组中已用槽的数量
23.  
    transient int size;
24.  
     
25.  
    // 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）
26.  
    int threshold;
27.  
     
28.  
    // 加载因子实际大小
29.  
    final float loadFactor;
30.  
     
31.  
    // HashMap被改变的次数
32.  
    transient volatile int modCount;
33.  
     
34.  
    // 指定“容量大小”和“加载因子”的构造函数
35.  
    public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {
36.  
    if (initialCapacity < 0)
37.  
    throw new IllegalArgumentException("Illegal initial capacity: " +
38.  
    initialCapacity);
39.  
    // HashMap的最大容量只能是MAXIMUM_CAPACITY
40.  
    if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY)
41.  
    initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY;
42.  
    //加载因此不能小于0
43.  
    if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor))
44.  
    throw new IllegalArgumentException("Illegal load factor: " +
45.  
    loadFactor);
46.  
     
47.  
    // 找出“大于initialCapacity”的最小的2的幂
48.  
    int capacity = 1;
49.  
    while (capacity < initialCapacity)
50.  
    capacity <<= 1;
51.  
     
52.  
    // 设置“加载因子”
53.  
    this.loadFactor = loadFactor;
54.  
    // 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。
55.  
    threshold = (int)(capacity * loadFactor);
56.  
    // 创建Entry数组，用来保存数据
57.  
    table = new Entry[capacity];
58.  
    init();
59.  
    }
60.  
     
61.  
     
62.  
    // 指定“容量大小”的构造函数
63.  
    public HashMap(int initialCapacity) {
64.  
    this(initialCapacity, DEFAULT_LOAD_FACTOR);
65.  
    }
66.  
     
67.  
    // 默认构造函数。
68.  
    public HashMap() {
69.  
    // 设置“加载因子”为默认加载因子0.75
70.  
    this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR;
71.  
    // 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。
72.  
    threshold = (int)(DEFAULT_INITIAL_CAPACITY * DEFAULT_LOAD_FACTOR);
73.  
    // 创建Entry数组，用来保存数据
74.  
    table = new Entry[DEFAULT_INITIAL_CAPACITY];
75.  
    init();
76.  
    }
77.  
     
78.  
    // 包含“子Map”的构造函数
79.  
    public HashMap(Map<? extends K, ? extends V> m) {
80.  
    this(Math.max((int) (m.size() / DEFAULT_LOAD_FACTOR) + 1,
81.  
    DEFAULT_INITIAL_CAPACITY), DEFAULT_LOAD_FACTOR);
82.  
    // 将m中的全部元素逐个添加到HashMap中
83.  
    putAllForCreate(m);
84.  
    }
85.  
     
86.  
    //求hash值的方法，重新计算hash值
87.  
    static int hash(int h) {
88.  
    h ^= (h >>> 20) ^ (h >>> 12);
89.  
    return h ^ (h >>> 7) ^ (h >>> 4);
90.  
    }
91.  
     
92.  
    // 返回h在数组中的索引值，这里用&代替取模，旨在提升效率
93.  
    // h & (length-1)保证返回值的小于length
94.  
    static int indexFor(int h, int length) {
95.  
    return h & (length-1);
96.  
    }
97.  
     
98.  
    public int size() {
99.  
    return size;
100.  
     }
101.  
      
102.  
     public boolean isEmpty() {
103.  
     return size == 0;
104.  
     }
105.  
      
106.  
     // 获取key对应的value
107.  
     public V get(Object key) {
108.  
     if (key == null)
109.  
     return getForNullKey();
110.  
     // 获取key的hash值
111.  
     int hash = hash(key.hashCode());
112.  
     // 在“该hash值对应的链表”上查找“键值等于key”的元素
113.  
     for (Entry<K,V> e = table[indexFor(hash, table.length)];
114.  
     e != null;
115.  
     e = e.next) {
116.  
     Object k;
117.  
     //判断key是否相同
118.  
     if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k)))
119.  
     return e.value;
120.  
     }
121.  
     //没找到则返回null
122.  
     return null;
123.  
     }
124.  
      
125.  
     // 获取“key为null”的元素的值
126.  
     // 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！
127.  
     private V getForNullKey() {
128.  
     for (Entry<K,V> e = table[0]; e != null; e = e.next) {
129.  
     if (e.key == null)
130.  
     return e.value;
131.  
     }
132.  
     return null;
133.  
     }
134.  
      
135.  
     // HashMap是否包含key
136.  
     public boolean containsKey(Object key) {
137.  
     return getEntry(key) != null;
138.  
     }
139.  
      
140.  
     // 返回“键为key”的键值对
141.  
     final Entry<K,V> getEntry(Object key) {
142.  
     // 获取哈希值
143.  
     // 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
144.  
     int hash = (key == null) ? 0 : hash(key.hashCode());
145.  
     // 在“该hash值对应的链表”上查找“键值等于key”的元素
146.  
     for (Entry<K,V> e = table[indexFor(hash, table.length)];
147.  
     e != null;
148.  
     e = e.next) {
149.  
     Object k;
150.  
     if (e.hash == hash &&
151.  
     ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
152.  
     return e;
153.  
     }
154.  
     return null;
155.  
     }
156.  
      
157.  
     // 将“key-value”添加到HashMap中
158.  
     public V put(K key, V value) {
159.  
     // 若“key为null”，则将该键值对添加到table[0]中。
160.  
     if (key == null)
161.  
     return putForNullKey(value);
162.  
     // 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。
163.  
     int hash = hash(key.hashCode());
164.  
     int i = indexFor(hash, table.length);
165.  
     for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) {
166.  
     Object k;
167.  
     // 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！
168.  
     if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {
169.  
     V oldValue = e.value;
170.  
     e.value = value;
171.  
     e.recordAccess(this);
172.  
     return oldValue;
173.  
     }
174.  
     }
175.  
      
176.  
     // 若“该key”对应的键值对不存在，则将“key-value”添加到table中
177.  
     modCount++;
178.  
     //将key-value添加到table[i]处
179.  
     addEntry(hash, key, value, i);
180.  
     return null;
181.  
     }
182.  
      
183.  
     // putForNullKey()的作用是将“key为null”键值对添加到table[0]位置
184.  
     private V putForNullKey(V value) {
185.  
     for (Entry<K,V> e = table[0]; e != null; e = e.next) {
186.  
     if (e.key == null) {
187.  
     V oldValue = e.value;
188.  
     e.value = value;
189.  
     e.recordAccess(this);
190.  
     return oldValue;
191.  
     }
192.  
     }
193.  
     // 如果没有存在key为null的键值对，则直接题阿见到table[0]处!
194.  
     modCount++;
195.  
     addEntry(0, null, value, 0);
196.  
     return null;
197.  
     }
198.  
      
199.  
     // 创建HashMap对应的“添加方法”，
200.  
     // 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
201.  
     // 而put()是对外提供的往HashMap中添加元素的方法。
202.  
     private void putForCreate(K key, V value) {
203.  
     int hash = (key == null) ? 0 : hash(key.hashCode());
204.  
     int i = indexFor(hash, table.length);
205.  
      
206.  
     // 若该HashMap表中存在“键值等于key”的元素，则替换该元素的value值
207.  
     for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) {
208.  
     Object k;
209.  
     if (e.hash == hash &&
210.  
     ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) {
211.  
     e.value = value;
212.  
     return;
213.  
     }
214.  
     }
215.  
      
216.  
     // 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
217.  
     createEntry(hash, key, value, i);
218.  
     }
219.  
      
220.  
     // 将“m”中的全部元素都添加到HashMap中。
221.  
     // 该方法被内部的构造HashMap的方法所调用。
222.  
     private void putAllForCreate(Map<? extends K, ? extends V> m) {
223.  
     // 利用迭代器将元素逐个添加到HashMap中
224.  
     for (Iterator<? extends Map.Entry<? extends K, ? extends V>> i = m.entrySet().iterator(); i.hasNext(); ) {
225.  
     Map.Entry<? extends K, ? extends V> e = i.next();
226.  
     putForCreate(e.getKey(), e.getValue());
227.  
     }
228.  
     }
229.  
      
230.  
     // 重新调整HashMap的大小，newCapacity是调整后的容量
231.  
     void resize(int newCapacity) {
232.  
     Entry[] oldTable = table;
233.  
     int oldCapacity = oldTable.length;
234.  
     //如果就容量已经达到了最大值，则不能再扩容，直接返回
235.  
     if (oldCapacity == MAXIMUM_CAPACITY) {
236.  
     threshold = Integer.MAX_VALUE;
237.  
     return;
238.  
     }
239.  
      
240.  
     // 新建一个HashMap，将“旧HashMap”的全部元素添加到“新HashMap”中，
241.  
     // 然后，将“新HashMap”赋值给“旧HashMap”。
242.  
     Entry[] newTable = new Entry[newCapacity];
243.  
     transfer(newTable);
244.  
     table = newTable;
245.  
     threshold = (int)(newCapacity * loadFactor);
246.  
     }
247.  
      
248.  
     // 将HashMap中的全部元素都添加到newTable中
249.  
     void transfer(Entry[] newTable) {
250.  
     Entry[] src = table;
251.  
     int newCapacity = newTable.length;
252.  
     for (int j = 0; j < src.length; j++) {
253.  
     Entry<K,V> e = src[j];
254.  
     if (e != null) {
255.  
     src[j] = null;
256.  
     do {
257.  
     Entry<K,V> next = e.next;
258.  
     int i = indexFor(e.hash, newCapacity);
259.  
     e.next = newTable[i];
260.  
     newTable[i] = e;
261.  
     e = next;
262.  
     } while (e != null);
263.  
     }
264.  
     }
265.  
     }
266.  
      
267.  
     // 将"m"的全部元素都添加到HashMap中
268.  
     public void putAll(Map<? extends K, ? extends V> m) {
269.  
     // 有效性判断
270.  
     int numKeysToBeAdded = m.size();
271.  
     if (numKeysToBeAdded == 0)
272.  
     return;
273.  
      
274.  
     // 计算容量是否足够，
275.  
     // 若“当前阀值容量 < 需要的容量”，则将容量x2。
276.  
     if (numKeysToBeAdded > threshold) {
277.  
     int targetCapacity = (int)(numKeysToBeAdded / loadFactor + 1);
278.  
     if (targetCapacity > MAXIMUM_CAPACITY)
279.  
     targetCapacity = MAXIMUM_CAPACITY;
280.  
     int newCapacity = table.length;
281.  
     while (newCapacity < targetCapacity)
282.  
     newCapacity <<= 1;
283.  
     if (newCapacity > table.length)
284.  
     resize(newCapacity);
285.  
     }
286.  
      
287.  
     // 通过迭代器，将“m”中的元素逐个添加到HashMap中。
288.  
     for (Iterator<? extends Map.Entry<? extends K, ? extends V>> i = m.entrySet().iterator(); i.hasNext(); ) {
289.  
     Map.Entry<? extends K, ? extends V> e = i.next();
290.  
     put(e.getKey(), e.getValue());
291.  
     }
292.  
     }
293.  
      
294.  
     // 删除“键为key”元素
295.  
     public V remove(Object key) {
296.  
     Entry<K,V> e = removeEntryForKey(key);
297.  
     return (e == null ? null : e.value);
298.  
     }
299.  
      
300.  
     // 删除“键为key”的元素
301.  
     final Entry<K,V> removeEntryForKey(Object key) {
302.  
     // 获取哈希值。若key为null，则哈希值为0；否则调用hash()进行计算
303.  
     int hash = (key == null) ? 0 : hash(key.hashCode());
304.  
     int i = indexFor(hash, table.length);
305.  
     Entry<K,V> prev = table[i];
306.  
     Entry<K,V> e = prev;
307.  
      
308.  
     // 删除链表中“键为key”的元素
309.  
     // 本质是“删除单向链表中的节点”
310.  
     while (e != null) {
311.  
     Entry<K,V> next = e.next;
312.  
     Object k;
313.  
     if (e.hash == hash &&
314.  
     ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) {
315.  
     modCount++;
316.  
     size--;
317.  
     if (prev == e)
318.  
     table[i] = next;
319.  
     else
320.  
     prev.next = next;
321.  
     e.recordRemoval(this);
322.  
     return e;
323.  
     }
324.  
     prev = e;
325.  
     e = next;
326.  
     }
327.  
      
328.  
     return e;
329.  
     }
330.  
      
331.  
     // 删除“键值对”
332.  
     final Entry<K,V> removeMapping(Object o) {
333.  
     if (!(o instanceof Map.Entry))
334.  
     return null;
335.  
      
336.  
     Map.Entry<K,V> entry = (Map.Entry<K,V>) o;
337.  
     Object key = entry.getKey();
338.  
     int hash = (key == null) ? 0 : hash(key.hashCode());
339.  
     int i = indexFor(hash, table.length);
340.  
     Entry<K,V> prev = table[i];
341.  
     Entry<K,V> e = prev;
342.  
      
343.  
     // 删除链表中的“键值对e”
344.  
     // 本质是“删除单向链表中的节点”
345.  
     while (e != null) {
346.  
     Entry<K,V> next = e.next;
347.  
     if (e.hash == hash && e.equals(entry)) {
348.  
     modCount++;
349.  
     size--;
350.  
     if (prev == e)
351.  
     table[i] = next;
352.  
     else
353.  
     prev.next = next;
354.  
     e.recordRemoval(this);
355.  
     return e;
356.  
     }
357.  
     prev = e;
358.  
     e = next;
359.  
     }
360.  
      
361.  
     return e;
362.  
     }
363.  
      
364.  
     // 清空HashMap，将所有的元素设为null
365.  
     public void clear() {
366.  
     modCount++;
367.  
     Entry[] tab = table;
368.  
     for (int i = 0; i < tab.length; i++)
369.  
     tab[i] = null;
370.  
     size = 0;
371.  
     }
372.  
      
373.  
     // 是否包含“值为value”的元素
374.  
     public boolean containsValue(Object value) {
375.  
     // 若“value为null”，则调用containsNullValue()查找
376.  
     if (value == null)
377.  
     return containsNullValue();
378.  
      
379.  
     // 若“value不为null”，则查找HashMap中是否有值为value的节点。
380.  
     Entry[] tab = table;
381.  
     for (int i = 0; i < tab.length ; i++)
382.  
     for (Entry e = tab[i] ; e != null ; e = e.next)
383.  
     if (value.equals(e.value))
384.  
     return true;
385.  
     return false;
386.  
     }
387.  
      
388.  
     // 是否包含null值
389.  
     private boolean containsNullValue() {
390.  
     Entry[] tab = table;
391.  
     for (int i = 0; i < tab.length ; i++)
392.  
     for (Entry e = tab[i] ; e != null ; e = e.next)
393.  
     if (e.value == null)
394.  
     return true;
395.  
     return false;
396.  
     }
397.  
      
398.  
     // 克隆一个HashMap，并返回Object对象
399.  
     public Object clone() {
400.  
     HashMap<K,V> result = null;
401.  
     try {
402.  
     result = (HashMap<K,V>)super.clone();
403.  
     } catch (CloneNotSupportedException e) {
404.  
     // assert false;
405.  
     }
406.  
     result.table = new Entry[table.length];
407.  
     result.entrySet = null;
408.  
     result.modCount = 0;
409.  
     result.size = 0;
410.  
     result.init();
411.  
     // 调用putAllForCreate()将全部元素添加到HashMap中
412.  
     result.putAllForCreate(this);
413.  
      
414.  
     return result;
415.  
     }
416.  
      
417.  
     // Entry是单向链表。
418.  
     // 它是 “HashMap链式存储法”对应的链表。
419.  
     // 它实现了Map.Entry 接口，即实现getKey(), getValue(), setValue(V value), equals(Object o), hashCode()这些函数
420.  
     static class Entry<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
421.  
     final K key;
422.  
     V value;
423.  
     // 指向下一个节点
424.  
     Entry<K,V> next;
425.  
     final int hash;
426.  
      
427.  
     // 构造函数。
428.  
     // 输入参数包括"哈希值(h)", "键(k)", "值(v)", "下一节点(n)"
429.  
     Entry(int h, K k, V v, Entry<K,V> n) {
430.  
     value = v;
431.  
     next = n;
432.  
     key = k;
433.  
     hash = h;
434.  
     }
435.  
      
436.  
     public final K getKey() {
437.  
     return key;
438.  
     }
439.  
      
440.  
     public final V getValue() {
441.  
     return value;
442.  
     }
443.  
      
444.  
     public final V setValue(V newValue) {
445.  
     V oldValue = value;
446.  
     value = newValue;
447.  
     return oldValue;
448.  
     }
449.  
      
450.  
     // 判断两个Entry是否相等
451.  
     // 若两个Entry的“key”和“value”都相等，则返回true。
452.  
     // 否则，返回false
453.  
     public final boolean equals(Object o) {
454.  
     if (!(o instanceof Map.Entry))
455.  
     return false;
456.  
     Map.Entry e = (Map.Entry)o;
457.  
     Object k1 = getKey();
458.  
     Object k2 = e.getKey();
459.  
     if (k1 == k2 || (k1 != null && k1.equals(k2))) {
460.  
     Object v1 = getValue();
461.  
     Object v2 = e.getValue();
462.  
     if (v1 == v2 || (v1 != null && v1.equals(v2)))
463.  
     return true;
464.  
     }
465.  
     return false;
466.  
     }
467.  
      
468.  
     // 实现hashCode()
469.  
     public final int hashCode() {
470.  
     return (key==null ? 0 : key.hashCode()) ^
471.  
     (value==null ? 0 : value.hashCode());
472.  
     }
473.  
      
474.  
     public final String toString() {
475.  
     return getKey() + "=" + getValue();
476.  
     }
477.  
      
478.  
     // 当向HashMap中添加元素时，绘调用recordAccess()。
479.  
     // 这里不做任何处理
480.  
     void recordAccess(HashMap<K,V> m) {
481.  
     }
482.  
      
483.  
     // 当从HashMap中删除元素时，绘调用recordRemoval()。
484.  
     // 这里不做任何处理
485.  
     void recordRemoval(HashMap<K,V> m) {
486.  
     }
487.  
     }
488.  
      
489.  
     // 新增Entry。将“key-value”插入指定位置，bucketIndex是位置索引。
490.  
     void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
491.  
     // 保存“bucketIndex”位置的值到“e”中
492.  
     Entry<K,V> e = table[bucketIndex];
493.  
     // 设置“bucketIndex”位置的元素为“新Entry”，
494.  
     // 设置“e”为“新Entry的下一个节点”
495.  
     table[bucketIndex] = new Entry<K,V>(hash, key, value, e);
496.  
     // 若HashMap的实际大小 不小于 “阈值”，则调整HashMap的大小
497.  
     if (size++ >= threshold)
498.  
     resize(2 * table.length);
499.  
     }
500.  
      
501.  
     // 创建Entry。将“key-value”插入指定位置。
502.  
     void createEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
503.  
     // 保存“bucketIndex”位置的值到“e”中
504.  
     Entry<K,V> e = table[bucketIndex];
505.  
     // 设置“bucketIndex”位置的元素为“新Entry”，
506.  
     // 设置“e”为“新Entry的下一个节点”
507.  
     table[bucketIndex] = new Entry<K,V>(hash, key, value, e);
508.  
     size++;
509.  
     }
510.  
      
511.  
     // HashIterator是HashMap迭代器的抽象出来的父类，实现了公共了函数。
512.  
     // 它包含“key迭代器(KeyIterator)”、“Value迭代器(ValueIterator)”和“Entry迭代器(EntryIterator)”3个子类。
513.  
     private abstract class HashIterator<E> implements Iterator<E> {
514.  
     // 下一个元素
515.  
     Entry<K,V> next;
516.  
     // expectedModCount用于实现fast-fail机制。
517.  
     int expectedModCount;
518.  
     // 当前索引
519.  
     int index;
520.  
     // 当前元素
521.  
     Entry<K,V> current;
522.  
      
523.  
     HashIterator() {
524.  
     expectedModCount = modCount;
525.  
     if (size > 0) { // advance to first entry
526.  
     Entry[] t = table;
527.  
     // 将next指向table中第一个不为null的元素。
528.  
     // 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。
529.  
     while (index < t.length && (next = t[index++]) == null)
530.  
     ;
531.  
     }
532.  
     }
533.  
      
534.  
     public final boolean hasNext() {
535.  
     return next != null;
536.  
     }
537.  
      
538.  
     // 获取下一个元素
539.  
     final Entry<K,V> nextEntry() {
540.  
     if (modCount != expectedModCount)
541.  
     throw new ConcurrentModificationException();
542.  
     Entry<K,V> e = next;
543.  
     if (e == null)
544.  
     throw new NoSuchElementException();
545.  
      
546.  
     // 注意！！！
547.  
     // 一个Entry就是一个单向链表
548.  
     // 若该Entry的下一个节点不为空，就将next指向下一个节点;
549.  
     // 否则，将next指向下一个链表(也是下一个Entry)的不为null的节点。
550.  
     if ((next = e.next) == null) {
551.  
     Entry[] t = table;
552.  
     while (index < t.length && (next = t[index++]) == null)
553.  
     ;
554.  
     }
555.  
     current = e;
556.  
     return e;
557.  
     }
558.  
      
559.  
     // 删除当前元素
560.  
     public void remove() {
561.  
     if (current == null)
562.  
     throw new IllegalStateException();
563.  
     if (modCount != expectedModCount)
564.  
     throw new ConcurrentModificationException();
565.  
     Object k = current.key;
566.  
     current = null;
567.  
     HashMap.this.removeEntryForKey(k);
568.  
     expectedModCount = modCount;
569.  
     }
570.  
      
571.  
     }
572.  
      
573.  
     // value的迭代器
574.  
     private final class ValueIterator extends HashIterator<V> {
575.  
     public V next() {
576.  
     return nextEntry().value;
577.  
     }
578.  
     }
579.  
      
580.  
     // key的迭代器
581.  
     private final class KeyIterator extends HashIterator<K> {
582.  
     public K next() {
583.  
     return nextEntry().getKey();
584.  
     }
585.  
     }
586.  
      
587.  
     // Entry的迭代器
588.  
     private final class EntryIterator extends HashIterator<Map.Entry<K,V>> {
589.  
     public Map.Entry<K,V> next() {
590.  
     return nextEntry();
591.  
     }
592.  
     }
593.  
      
594.  
     // 返回一个“key迭代器”
595.  
     Iterator<K> newKeyIterator() {
596.  
     return new KeyIterator();
597.  
     }
598.  
     // 返回一个“value迭代器”
599.  
     Iterator<V> newValueIterator() {
600.  
     return new ValueIterator();
601.  
     }
602.  
     // 返回一个“entry迭代器”
603.  
     Iterator<Map.Entry<K,V>> newEntryIterator() {
604.  
     return new EntryIterator();
605.  
     }
606.  
      
607.  
     // HashMap的Entry对应的集合
608.  
     private transient Set<Map.Entry<K,V>> entrySet = null;
609.  
      
610.  
     // 返回“key的集合”，实际上返回一个“KeySet对象”
611.  
     public Set<K> keySet() {
612.  
     Set<K> ks = keySet;
613.  
     return (ks != null ? ks : (keySet = new KeySet()));
614.  
     }
615.  
      
616.  
     // Key对应的集合
617.  
     // KeySet继承于AbstractSet，说明该集合中没有重复的Key。
618.  
     private final class KeySet extends AbstractSet<K> {
619.  
     public Iterator<K> iterator() {
620.  
     return newKeyIterator();
621.  
     }
622.  
     public int size() {
623.  
     return size;
624.  
     }
625.  
     public boolean contains(Object o) {
626.  
     return containsKey(o);
627.  
     }
628.  
     public boolean remove(Object o) {
629.  
     return HashMap.this.removeEntryForKey(o) != null;
630.  
     }
631.  
     public void clear() {
632.  
     HashMap.this.clear();
633.  
     }
634.  
     }
635.  
      
636.  
     // 返回“value集合”，实际上返回的是一个Values对象
637.  
     public Collection<V> values() {
638.  
     Collection<V> vs = values;
639.  
     return (vs != null ? vs : (values = new Values()));
640.  
     }
641.  
      
642.  
     // “value集合”
643.  
     // Values继承于AbstractCollection，不同于“KeySet继承于AbstractSet”，
644.  
     // Values中的元素能够重复。因为不同的key可以指向相同的value。
645.  
     private final class Values extends AbstractCollection<V> {
646.  
     public Iterator<V> iterator() {
647.  
     return newValueIterator();
648.  
     }
649.  
     public int size() {
650.  
     return size;
651.  
     }
652.  
     public boolean contains(Object o) {
653.  
     return containsValue(o);
654.  
     }
655.  
     public void clear() {
656.  
     HashMap.this.clear();
657.  
     }
658.  
     }
659.  
      
660.  
     // 返回“HashMap的Entry集合”
661.  
     public Set<Map.Entry<K,V>> entrySet() {
662.  
     return entrySet0();
663.  
     }
664.  
      
665.  
     // 返回“HashMap的Entry集合”，它实际是返回一个EntrySet对象
666.  
     private Set<Map.Entry<K,V>> entrySet0() {
667.  
     Set<Map.Entry<K,V>> es = entrySet;
668.  
     return es != null ? es : (entrySet = new EntrySet());
669.  
     }
670.  
      
671.  
     // EntrySet对应的集合
672.  
     // EntrySet继承于AbstractSet，说明该集合中没有重复的EntrySet。
673.  
     private final class EntrySet extends AbstractSet<Map.Entry<K,V>> {
674.  
     public Iterator<Map.Entry<K,V>> iterator() {
675.  
     return newEntryIterator();
676.  
     }
677.  
     public boolean contains(Object o) {
678.  
     if (!(o instanceof Map.Entry))
679.  
     return false;
680.  
     Map.Entry<K,V> e = (Map.Entry<K,V>) o;
681.  
     Entry<K,V> candidate = getEntry(e.getKey());
682.  
     return candidate != null && candidate.equals(e);
683.  
     }
684.  
     public boolean remove(Object o) {
685.  
     return removeMapping(o) != null;
686.  
     }
687.  
     public int size() {
688.  
     return size;
689.  
     }
690.  
     public void clear() {
691.  
     HashMap.this.clear();
692.  
     }
693.  
     }
694.  
      
695.  
     // java.io.Serializable的写入函数
696.  
     // 将HashMap的“总的容量，实际容量，所有的Entry”都写入到输出流中
697.  
     private void writeObject(java.io.ObjectOutputStream s)
698.  
     throws IOException
699.  
     {
700.  
     Iterator<Map.Entry<K,V>> i =
701.  
     (size > 0) ? entrySet0().iterator() : null;
702.  
      
703.  
     // Write out the threshold, loadfactor, and any hidden stuff
704.  
     s.defaultWriteObject();
705.  
      
706.  
     // Write out number of buckets
707.  
     s.writeInt(table.length);
708.  
      
709.  
     // Write out size (number of Mappings)
710.  
     s.writeInt(size);
711.  
      
712.  
     // Write out keys and values (alternating)
713.  
     if (i != null) {
714.  
     while (i.hasNext()) {
715.  
     Map.Entry<K,V> e = i.next();
716.  
     s.writeObject(e.getKey());
717.  
     s.writeObject(e.getValue());
718.  
     }
719.  
     }
720.  
     }
721.  
      
722.  
      
723.  
     private static final long serialVersionUID = 362498820763181265L;
724.  
      
725.  
     // java.io.Serializable的读取函数：根据写入方式读出
726.  
     // 将HashMap的“总的容量，实际容量，所有的Entry”依次读出
727.  
     private void readObject(java.io.ObjectInputStream s)
728.  
     throws IOException, ClassNotFoundException
729.  
     {
730.  
     // Read in the threshold, loadfactor, and any hidden stuff
731.  
     s.defaultReadObject();
732.  
      
733.  
     // Read in number of buckets and allocate the bucket array;
734.  
     int numBuckets = s.readInt();
735.  
     table = new Entry[numBuckets];
736.  
      
737.  
     init(); // Give subclass a chance to do its thing.
738.  
      
739.  
     // Read in size (number of Mappings)
740.  
     int size = s.readInt();
741.  
      
742.  
     // Read the keys and values, and put the mappings in the HashMap
743.  
     for (int i=0; i<size; i++) {
744.  
     K key = (K) s.readObject();
745.  
     V value = (V) s.readObject();
746.  
     putForCreate(key, value);
747.  
     }
748.  
     }
749.  
      
750.  
     // 返回“HashMap总的容量”
751.  
     int capacity() { return table.length; }
752.  
     // 返回“HashMap的加载因子”
753.  
     float loadFactor() { return loadFactor; }
754.  
     }

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：

1.  
   // Entry是单向链表。
2.  
   // 它是 “HashMap链式存储法”对应的链表。
3.  
   // 它实现了Map.Entry 接口，即实现getKey(), getValue(), setValue(V value), equals(Object o), hashCode()这些函数
4.  
   static class Entry<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
5.  
   final K key;
6.  
   V value;
7.  
   // 指向下一个节点
8.  
   Entry<K,V> next;
9.  
   final int hash;
10.  
     
11.  
    // 构造函数。
12.  
    // 输入参数包括"哈希值(h)", "键(k)", "值(v)", "下一节点(n)"
13.  
    Entry(int h, K k, V v, Entry<K,V> n) {
14.  
    value = v;
15.  
    next = n;
16.  
    key = k;
17.  
    hash = h;
18.  
    }
19.  
     
20.  
    public final K getKey() {
21.  
    return key;
22.  
    }
23.  
     
24.  
    public final V getValue() {
25.  
    return value;
26.  
    }
27.  
     
28.  
    public final V setValue(V newValue) {
29.  
    V oldValue = value;
30.  
    value = newValue;
31.  
    return oldValue;
32.  
    }
33.  
     
34.  
    // 判断两个Entry是否相等
35.  
    // 若两个Entry的“key”和“value”都相等，则返回true。
36.  
    // 否则，返回false
37.  
    public final boolean equals(Object o) {
38.  
    if (!(o instanceof Map.Entry))
39.  
    return false;
40.  
    Map.Entry e = (Map.Entry)o;
41.  
    Object k1 = getKey();
42.  
    Object k2 = e.getKey();
43.  
    if (k1 == k2 || (k1 != null && k1.equals(k2))) {
44.  
    Object v1 = getValue();
45.  
    Object v2 = e.getValue();
46.  
    if (v1 == v2 || (v1 != null && v1.equals(v2)))
47.  
    return true;
48.  
    }
49.  
    return false;
50.  
    }
51.  
     
52.  
    // 实现hashCode()
53.  
    public final int hashCode() {
54.  
    return (key==null ? 0 : key.hashCode()) ^
55.  
    (value==null ? 0 : value.hashCode());
56.  
    }
57.  
     
58.  
    public final String toString() {
59.  
    return getKey() + "=" + getValue();
60.  
    }
61.  
     
62.  
    // 当向HashMap中添加元素时，绘调用recordAccess()。
63.  
    // 这里不做任何处理
64.  
    void recordAccess(HashMap<K,V> m) {
65.  
    }
66.  
     
67.  
    // 当从HashMap中删除元素时，绘调用recordRemoval()。
68.  
    // 这里不做任何处理
69.  
    void recordRemoval(HashMap<K,V> m) {
70.  
    }
71.  
    }

    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：

1.  
   // 获取key对应的value
2.  
   public V get(Object key) {
3.  
   if (key == null)
4.  
   return getForNullKey();
5.  
   // 获取key的hash值
6.  
   int hash = hash(key.hashCode());
7.  
   // 在“该hash值对应的链表”上查找“键值等于key”的元素
8.  
   for (Entry<K,V> e = table[indexFor(hash, table.length)];
9.  
   e != null;
10.  
    e = e.next) {
11.  
    Object k;
12.  
    //判断key是否相同
13.  
    if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k)))
14.  
    return e.value;
15.  
    }
16.  
    //没找到则返回null
17.  
    return null;
18.  
    }
19.  
     
20.  
    // 获取“key为null”的元素的值
21.  
    // 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！
22.  
    private V getForNullKey() {
23.  
    for (Entry<K,V> e = table[0]; e != null; e = e.next) {
24.  
    if (e.key == null)
25.  
    return e.value;
26.  
    }
27.  
    return null;
28.  
    }

    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：

1.  
   // 将“key-value”添加到HashMap中
2.  
   public V put(K key, V value) {
3.  
   // 若“key为null”，则将该键值对添加到table[0]中。
4.  
   if (key == null)
5.  
   return putForNullKey(value);
6.  
   // 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。
7.  
   int hash = hash(key.hashCode());
8.  
   int i = indexFor(hash, table.length);
9.  
   for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) {
10.  
    Object k;
11.  
    // 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！
12.  
    if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {
13.  
    V oldValue = e.value;
14.  
    e.value = value;
15.  
    e.recordAccess(this);
16.  
    return oldValue;
17.  
    }
18.  
    }
19.  
     
20.  
    // 若“该key”对应的键值对不存在，则将“key-value”添加到table中
21.  
    modCount++;
22.  
    //将key-value添加到table[i]处
23.  
    addEntry(hash, key, value, i);
24.  
    return null;
25.  
    }

    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：

1.  
   // putForNullKey()的作用是将“key为null”键值对添加到table[0]位置
2.  
   private V putForNullKey(V value) {
3.  
   for (Entry<K,V> e = table[0]; e != null; e = e.next) {
4.  
   if (e.key == null) {
5.  
   V oldValue = e.value;
6.  
   e.value = value;
7.  
   e.recordAccess(this);
8.  
   return oldValue;
9.  
   }
10.  
    }
11.  
    // 如果没有存在key为null的键值对，则直接题阿见到table[0]处!
12.  
    modCount++;
13.  
    addEntry(0, null, value, 0);
14.  
    return null;
15.  
    }

    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：

1.  
   // 新增Entry。将“key-value”插入指定位置，bucketIndex是位置索引。
2.  
   void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
3.  
   // 保存“bucketIndex”位置的值到“e”中
4.  
   Entry<K,V> e = table[bucketIndex];
5.  
   // 设置“bucketIndex”位置的元素为“新Entry”，
6.  
   // 设置“e”为“新Entry的下一个节点”
7.  
   table[bucketIndex] = new Entry<K,V>(hash, key, value, e);
8.  
   // 若HashMap的实际大小 不小于 “阈值”，则调整HashMap的大小
9.  
   if (size++ >= threshold)
10.  
    resize(2 * table.length);
11.  
    }

    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：

1.  
   // 重新调整HashMap的大小，newCapacity是调整后的单位
2.  
   void resize(int newCapacity) {
3.  
   Entry[] oldTable = table;
4.  
   int oldCapacity = oldTable.length;
5.  
   if (oldCapacity == MAXIMUM_CAPACITY) {
6.  
   threshold = Integer.MAX_VALUE;
7.  
   return;
8.  
   }
9.  
    
10.  
    // 新建一个HashMap，将“旧HashMap”的全部元素添加到“新HashMap”中，
11.  
    // 然后，将“新HashMap”赋值给“旧HashMap”。
12.  
    Entry[] newTable = new Entry[newCapacity];
13.  
    transfer(newTable);
14.  
    table = newTable;
15.  
    threshold = (int)(newCapacity * loadFactor);
16.  
    }

    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：

1.  
   // 将HashMap中的全部元素都添加到newTable中
2.  
   void transfer(Entry[] newTable) {
3.  
   Entry[] src = table;
4.  
   int newCapacity = newTable.length;
5.  
   for (int j = 0; j < src.length; j++) {
6.  
   Entry<K,V> e = src[j];
7.  
   if (e != null) {
8.  
   src[j] = null;
9.  
   do {
10.  
    Entry<K,V> next = e.next;
11.  
    int i = indexFor(e.hash, newCapacity);
12.  
    e.next = newTable[i];
13.  
    newTable[i] = e;
14.  
    e = next;
15.  
    } while (e != null);
16.  
    }
17.  
    }
18.  
    }

    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：

1.  
   static int hash(int h) {
2.  
   h ^= (h >>> 20) ^ (h >>> 12);
3.  
   return h ^ (h >>> 7) ^ (h >>> 4);
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：

1.  
   static int indexFor(int h, int length) {
2.  
   return h & (length-1);
3.  
   }

    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。