前言

Map 和 List 一样是否的常用和重要， 我们来看看 HashMap 内部是怎么搞的。

源码分析

我们主要了解其主要流程和实现方式， 所以仅仅分析其重要成员变量、 构造方法、 添加及删除。

重要成员变量

transient Node<K,V>[] table;
transient int size;
int threshold;
final float loadFactor;

本次主要分析的就上面四个变量， 当然还有好多常量比较重要， 也无非是要给常量值不重要， 我们只是分析其内部实现， 具体分析到再说。

• table: 存储数据的节点。 这个眼看是数组， 难道是数组存储结构， 也不全错， 因为有一半是对的。 我们知道 Map 是以 Key-Value 结构存储的， 其中 Key 是 Hash 值的一个映射， 这样会有一个问题， 就是 Hash 碰撞冲突了, 简单的来说就是多个 key 通过计算在一个数据的下标下面去了， 这样就需要在这个位置记录多个数据。 HashMap 是在这个节点往外拉出去一个链表去存储， 取值的时候， 如果查询当前下标是一个链的话， 就查询该链中对于的 Key 的数据并返回。 其中为了查询更快， 如果当前链小于 8 的时候是单链表， 一旦大于等于 8 了， 就把该结点整体改成一个红黑树结构进行存储。
• size: 当前存储数据的个数。
• threshold： 扩容的一个阈值， 阈值， 也就是当存储的数据判断大于这个阈值了， 就对整个数组进行 resize 扩容。
• loadFactor： 负载系数。 这个又是啥呢， 这个系数就是控制阈值呢。 怎么说呢， 其实就是 threshold = table.length * loadFactor。

构造方法

public HashMap() {
    this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR; 
}

public HashMap(int initialCapacity) {
    this(initialCapacity, DEFAULT_LOAD_FACTOR);
}

public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {
    this.loadFactor = loadFactor;
    this.threshold = tableSizeFor(initialCapacity);
}

构造方法很简单， 通过上面来看， 其中不带参数的初始化， 其他的情况下负载系数和阈值是有数据的。 所以说负载西河和阈值极可能有值也可能咩有值。
其中 tableSizeFor 是通过初始化容器阈值算出来值。 我们不妨来看看。

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;
}

位操作， 这是什么写法？ 怎么理解这个算法。 看注释是把传入的数据转换成 2 的次幂。 这是怎么得到呢。 其实一开始我也很疑惑为啥只是无符号右移 16 位呢？ 通过测试好多数据发现最后都是一串 1（处理前面的 0）， 这是怎么搞出来的。 其实也很简单， 先说为什么只无符号右移 16 位， 因为我们看看操作和返回的数据类型， 都是 int 整形， 其为 32 位， 所以我们把前面的 16 位再平移 16 位不正好把 int 整形给操作完了嘛。
我们再来看看这个算法，我们看到都是当前 n 与上偏移后的， 比如第 5 的位置是 1 再与上第 5 位偏移 1, 那么现在第 5 位和第 4 位都是 1 了， 下面在再把本身和偏移 2 位， 这不正好把上面那个的两个 1 也通过复制到了第 3 和 2 的位置上了嘛， 依次类推， 最后得出来的数据肯定是不管前面是多少个 0 后面全是 1， 这肯定是 2 的次幂呀。

数据添加

public V put(K key, V value) {
    return putVal(hash(key), key, value, false, true);
}

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);
                    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;
}

通过上面的代码我们可以看到， 最后添加数据调用的是 putVal。 那么好我们先分析主流程， 细节最后再说。
首先我们看到如果 table 数据容器为空或者没有长度的话， 就进行了 resize, 容器为空了， 肯定是要初始化的哈（其实就是根据阈值等对容器的初始化）， 细节先不看， 先看主流程。 初始化完成后， 通过 tab[i = (n -1 ) & hash] 如果等于空了， 说明这个位置没有碰撞哈， 所以直接放进去就好了。 我们主要看下下面有碰撞的情况。
首先判断当前添加的数据是不是就是我们当前位置的的那个节点， 如果是的话直接把数据修改了就好。
如果不是第一个数据的话， 判断当前节点是不是一个红黑树， 如果是的话， 就交给红黑树去处理。
如果不是的话， 就是一个单链表啦， 可以看到是一个一个的循环往后查找的， 如果查找到了就对改节点赋值， 如果没有找到就新增一个新的节点加入到尾部。 注意了， 添加完成后会对这个数量进行判断， 如果 >= 7 的话， 那么就把运行了 breeifyBin 方法， 就把该链转成 红黑树啦。

OK 通过上面的主流程都分析完了， 还是很简单的。 那么好， 我们现在看看八个 resize 方法怎么通过阈值、 负载系数进行初始化和处理的。

final Node<K,V>[] resize() {
    Node<K,V>[] oldTab = table;
    int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length;
    int oldThr = threshold;
    int newCap, newThr = 0;
    if (oldCap > 0) {
        if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) {
            threshold = Integer.MAX_VALUE;
            return oldTab;
        }
        else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY &&
                 oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)
            newThr = oldThr << 1; // double threshold
    }
    else if (oldThr > 0) // initial capacity was placed in threshold
        newCap = oldThr;
    else {               // zero initial threshold signifies using defaults
        newCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY;
        newThr = (int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY);
    }
    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"})
        Node<K,V>[] newTab = (Node<K,V>[])new Node[newCap];
    table = newTab;
    if (oldTab != null) {
        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;
                    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;
}

看着简单， 其实还是有点饶呢， 我们直接把最后的如果 oldTab 不为空然后构造出一个新的剔除吧， 这个没有必要分析了。 我们从头看其逻辑。

if (oldCap > 0) {
    if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) {
        threshold = Integer.MAX_VALUE;
        return oldTab;
    }
    else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY &&
             oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)
        newThr = oldThr << 1; // double threshold
}

这个判断我们看到只有 oldCap > 0 的时候才会进入， 那什么时候不满足呢， 也就是初始化的时候， 容器未初始化和没有数据的时候， 等下， 没有数据是什么意思， 是数组的 length 哈。 其中大小大于 MAXIMUM_CAPACITY 忽略， 太大了。 我们看下面的判断， 新的数据大小扩大一倍后， 如果旧的数据大小大于等于了 DEFAULT_INITIAL_CAPACITY（16） 了， 其中阈值也扩大一倍， 那就是数据容量扩大一倍后， 如果以前的容器大小还不到 16 的话， 其中阈值不变呢。

else if (oldThr > 0) // initial capacity was placed in threshold
    newCap = oldThr;
else {               // zero initial threshold signifies using defaults
    newCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY;
    newThr = (int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY);
}

接着往下看， 如果 以前的容器大小 <= 0， 会运行上面 else if 或者 else 的逻辑。 我可能看下如果以前的阈值大于 0 的话，也就是有数据的话， 就直接赋值给了当成本次新的容器大小， 嗯？ 有点疑惑哈， 不是阈值应该比容器大小要小吗？ 这个问题后面代码就有做处理啦。 其中能进来的可能性就是初始化没有数据， 但是设置了阈值， 就直接吧阈值的大小当成当前本次初始化容器的大小。 我们看下最后的 else, 这个就简单了， 如果初始化没有数据且也没有设置阈值的话， 就以默认的赋值。

if (newThr == 0) {
    float ft = (float)newCap * loadFactor;
    newThr = (newCap < MAXIMUM_CAPACITY && ft < (float)MAXIMUM_CAPACITY ?
              (int)ft : Integer.MAX_VALUE);
}

这里就是上面说的那个阈值一定要比容器大小小的原因了， 其中可以认真看下 newThr 什么时候为 0， 其中进第一个判断可能为 0， 进第二个判断里肯定为 0。 至少在第二个判断里， 我们把当前设置的阈值设置成了当前容器大小， 现在在这一步就是要把阈值重新计算到负载因子的倍数啦， 所以在这里就变小啦。
那么第一种可能为 0 的情况是什么呢， 我们看下， oldCap > 0 说明有大小了， 扩大两倍后， 如果以前的容器大小 < 16 的话， 就直接以负载因子进行计算的， 但是如果容器大小大于等于 16 了， 就不再以负载因子计算了， 而是直接扩大两倍。 需要注意哈。

获取数据

public V get(Object key) {
    Node<K,V> e;
    return (e = getNode(hash(key), key)) == null ? null : e.value;
}

final Node<K,V> getNode(int hash, Object key) {
    Node<K,V>[] tab; Node<K,V> first, e; int n; K k;
    if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 &&
        (first = tab[(n - 1) & hash]) != null) {
        if (first.hash == hash && // always check first node
            ((k = first.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
            return first;
        if ((e = first.next) != null) {
            if (first instanceof TreeNode)
                return ((TreeNode<K,V>)first).getTreeNode(hash, key);
            do {
                if (e.hash == hash &&
                    ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                    return e;
            } while ((e = e.next) != null);
        }
    }
    return null;
}

获取数据就不再过多分析了， 因为代码很简单明了。 其实就是通过 hash 值找到当前 key 所在的位置， 然后判断是不是当前数据， 如果不是就看是查询那条链了， 判断是红黑树还是普通的链表， 然后去循环查询即可。