java集合中HashMap原理详解

RapOsgood 8年前

来自: http://blog.csdn.net//chenleixing/article/details/42494921


HashMap在Java开发中有着非常重要的角色地位,每一个Java程序员都应该了解HashMap。

主要从源码角度来解析HashMap的设计思路,并且详细地阐述HashMap中的几个概念,并深入探讨HashMap的内部结构和实现细节,讨论HashMap的性能问题。

1. HashMap设计思路以及内部结构组成


HashMap设计思路 
      Map<K,V>是一种以键值对存储数据的容器,而HashMap则是借助了键值Key的hashcode值来组织存储,使得可以非常快速和高效地地根据键值key进行数据的存取。

      对于键值对<Key,Value>,HashMap内部会将其封装成一个对应的Entry<Key,Value>对象,即Entry<Key,Value>对象是键值对<Key,Value>的组织形式;

      对于每个对象而言,JVM都会为其生成一个hashcode值。HashMap在存储键值对Entry<Key,Value>的时候,会根据Key的hashcode值,以某种映射关系,决定应当将这对键值对Entry<Key,Value>存储在HashMap中的什么位置上;
      当通过Key值取数据的时候,然后根据Key值的hashcode,以及内部映射条件,直接定位到Key对应的Value值存放在什么位置,可以非常高效地将Value值取出。

为了实现上述的设计思路,在HashMap内部,采用了数组+链表的形式来组织键值对Entry<Key,Value>。

HashMap内部维护了一个Entry[] table 数组,当我们使用 new HashMap()创建一个HashMap时,Entry[] table 的默认长度为16(参见Java API)。Entry[] table的长度又被称为这个HashMap的容量(capacity);

对于Entry[] table的每一个元素而言,或为null,或为由若干个Entry<Key,Value>组成的链表。HashMap中Entry<Key,Value>的数目被称为HashMap的大小(size);

Entry[] table中的某一个元素及其对应的Entry<Key,Value>又被称为桶(bucket); 

其结构如下图所示:




HashMap内部组织结构由上图所示,接下来看一下HashMap的基本工作流程:

HashMap设计的初衷,是为了尽可能地迅速根据Key的hashCode值, 直接就可以定位到对应的Entry<Key,Value>对象,然后得到Value。

考虑这样一个问题:

当我们使用 HashMap map = new HashMap()语句时,我们会创建一个HashMap对象,它内部的 Entry[] table的大小为 16,我们假定Entry[] table的大小会改变。现在,我们现在向它添加160对Key值完全不同的键值对<Key,Value>,那么,该HashMap内部有可能下面这种情况:即对于每一个桶中的由Entry<Key,Value>组成的链表的长度会非常地长!我们知道,对于查找链表操作的时间复杂度是很高的,为O(n)。这样的一个HashMap的性能会很低很低,如下图所示:



现在再来分析一下这个问题,当前的HashMap能够实现:

 1. 根据Key的hashCode,可以直接定位到存储这个Entry<Key,Value>的桶所在的位置,这个时间的复杂度为O(1);

 2. 在桶中查找对应的Entry<Key,Value>对象节点,需要遍历这个桶的Entry<Key,Value>链表,时间复杂度为O(n);

那么,现在,我们应该尽可能地将第2个问题的时间复杂度o(n)降到最低,读者现在是不是有想法了:我们应该要求桶中的链表的长度越短越好!桶中链表的长度越短,所消耗的查找时间就越低,最好就是一个桶中就一个Entry<Key,Value>对象节点就好了!

这样一来,桶中的Entry<Key,Value>对象节点要求尽可能第少,这就要求,HashMap中的桶的数量要多了。

我们知道,HashMap的桶数目,即Entry[] table数组的长度,由于数组是内存中连续的存储单元,它的空间代价是很大的,但是它的随机存取的速度是Java集合中最快的。我们增大桶的数量,而减少Entry<Key,Value>链表的长度,来提高从HashMap中读取数据的速度。这是典型的拿空间换时间的策略。

但是我们不能刚开始就给HashMap分配过多的桶(即Entry[] table 数组起始不能太大),这是因为数组是连续的内存空间,它的创建代价很大,况且我们不能确定给HashMap分配这么大的空间,它实际到底能够用多少,为了解决这一个问题,HashMap采用了根据实际的情况,动态地分配桶的数量。

HashMap的权衡策略 
     要动态分配桶的数量,这就要求要有一个权衡的策略了,HashMap的权衡策略是这样的:

             如果   HashMap的大小> HashMap的容量(即Entry[] table的大小)*加载因子(经验值0.75)

                则   HashMap中的Entry[] table 的容量扩充为当前的一倍;

                      然后重新将以前桶中的Entry<Key,Value>链表重新分配到各个桶中

上述的  HashMap的容量(即Entry[] table的大小) * 加载因子(经验值0.75)就是所谓的阀值(threshold):

阀值(threshold)=容量(capacity)*加载因子(load factor)
容量(capacity):是指HashMap内部Entry[] table线性数组的长度
加载因子(load factor):默认为0.75
阀值(threshold):当HashMap大小超过了阀值,HashMap将扩充2倍,并且rehash。

最后,看一个实例:

默认创建的HashMap map =new HashMap();map的容量是 16,那么,当我们往 map中添加第几个完全不同的键值对<Key,Value>时,HashMap的容量会扩充呢?

很简单的计算:由于默认的加载因子是0.75 ,那么,此时map的阀值是 16*0.75 = 12,即添加第13 个键值对<Key,Value>的时候,map的容量会扩充一倍。

这时候可能会有疑问:本来Entry[] table的容量是16,当放入12个键值对<Key,Value>后,不是至少还剩下4个Entry[] table 元素没有被使用到吗?这不是浪费了宝贵的空间了吗?!   确实如此,但是为了尽可能第减少桶中的Entry<Key,Value>链表的长度,以提高HashMap的存取性能,确定的这个经验值。如果你对存取效率要求的不是太高,想省点空间的话,你可以new HashMap(int initialCapacity, float loadFactor)构造方法将这个因子设置得大一些也无妨。

2. HashMap的算法实现解析


HashMap的算法实现最重要的两个是put() 和get() 两个方法,下面我将分析这两个方法:

public V put(K key, V value); 
public V get(Object key);

另外,HashMap支持Key值为null 的情况,接下来也将做讨论。

1. 向HashMap中存储一对键值对<Key,Value>流程---put()方法实现:

put()方法-向HashMap存储键值对<Key,Value>

a.  获取这个Key的hashcode值,根据此值确定应该将这一对键值对存放在哪一个桶中,即确定要存放桶的索引;

b.  遍历所在桶中的Entry<Key,Value>链表,查找其中是否已经有了以Key值为Key存储的Entry<Key,Value>对象,

c1. 若已存在,定位到对应的Entry<Key,Value>,其中的Value值更新为新的Value值;返回旧值;

c2. 若不存在,则根据键值对<Key,Value> 创建一个新的Entry<Key,Value>对象,然后添加到这个桶的Entry<Key,Value>链表的头部。

d.  当前的HashMap的大小(即Entry<key,Value>节点的数目)是否超过了阀值,若超过了阀值(threshold),则增大HashMap的容量(即Entry[] table 的大小),并且重新组织内部各个Entry<Key,Value>排列。

详细流程如下列的代码所示:

  1. /**  
  2.    * 将<Key,Value>键值对存到HashMap中,如果Key在HashMap中已经存在,那么最终返回被替换掉的Value值。  
  3.    * Key 和Value允许为空  
  4.    */  
  5.   public V put(K key, V value) {  
  6.         
  7.     //1.如果key为null,那么将此value放置到table[0],即第一个桶中  
  8.     if (key == null)  
  9.           return putForNullKey(value);  
  10.     //2.重新计算hashcode值,  
  11.       int hash = hash(key.hashCode());  
  12.       //3.计算当前hashcode值应当被分配到哪一个桶中,获取桶的索引  
  13.       int i = indexFor(hash, table.length);  
  14.       //4.循环遍历该桶中的Entry列表  
  15.       for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) {  
  16.           Object k;  
  17.           //5. 查找Entry<Key,Value>链表中是否已经有了以Key值为Key存储的Entry<Key,Value>对象,  
  18.           //已经存在,则将Value值覆盖到对应的Entry<Key,Value>对象节点上  
  19.           if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {//请读者注意这个判定条件,非常重要!!!  
  20.               V oldValue = e.value;  
  21.               e.value = value;  
  22.               e.recordAccess(this);  
  23.               return oldValue;  
  24.           }  
  25.       }  
  26.       modCount++;  
  27.       //6不存在,则根据键值对<Key,Value> 创建一个新的Entry<Key,Value>对象,然后添加到这个桶的Entry<Key,Value>链表的头部。  
  28.       addEntry(hash, key, value, i);  
  29.       return null;  
  30.   }  
  31.   
  32.   
  33.   /**  
  34.    * Key 为null,则将Entry<null,Value>放置到第一桶table[0]中  
  35.    */  
  36.   private V putForNullKey(V value) {  
  37.       for (Entry<K,V> e = table[0]; e != null; e = e.next) {  
  38.           if (e.key == null) {  
  39.               V oldValue = e.value;  
  40.               e.value = value;  
  41.               e.recordAccess(this);  
  42.               return oldValue;  
  43.           }  
  44.       }  
  45.       modCount++;  
  46.       addEntry(0, null, value, 0);  
  47.       return null;  
  48.   }  
/**       * 将<Key,Value>键值对存到HashMap中,如果Key在HashMap中已经存在,那么最终返回被替换掉的Value值。       * Key 和Value允许为空       */      public V put(K key, V value) {                 //1.如果key为null,那么将此value放置到table[0],即第一个桶中       if (key == null)              return putForNullKey(value);       //2.重新计算hashcode值,          int hash = hash(key.hashCode());          //3.计算当前hashcode值应当被分配到哪一个桶中,获取桶的索引          int i = indexFor(hash, table.length);          //4.循环遍历该桶中的Entry列表          for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) {              Object k;              //5. 查找Entry<Key,Value>链表中是否已经有了以Key值为Key存储的Entry<Key,Value>对象,              //已经存在,则将Value值覆盖到对应的Entry<Key,Value>对象节点上              if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {//请读者注意这个判定条件,非常重要!!!                  V oldValue = e.value;                  e.value = value;                  e.recordAccess(this);                  return oldValue;              }          }          modCount++;          //6不存在,则根据键值对<Key,Value> 创建一个新的Entry<Key,Value>对象,然后添加到这个桶的Entry<Key,Value>链表的头部。          addEntry(hash, key, value, i);          return null;      }          /**       * Key 为null,则将Entry<null,Value>放置到第一桶table[0]中       */      private V putForNullKey(V value) {          for (Entry<K,V> e = table[0]; e != null; e = e.next) {              if (e.key == null) {                  V oldValue = e.value;                  e.value = value;                  e.recordAccess(this);                  return oldValue;              }          }          modCount++;          addEntry(0, null, value, 0);          return null;      }
  1. /**  
  2.      * 根据特定的hashcode 重新计算hash值,  
  3.      * 由于JVM生成的的hashcode的低字节(lower bits)冲突概率大,(JDK只是这么一说,至于为什么我也不清楚)  
  4.      * 为了提高性能,HashMap对Key的hashcode再加工,取Key的hashcode的高字节参与运算  
  5.      */  
  6.     static int hash(int h) {  
  7.         // This function ensures that hashCodes that differ only by  
  8.         // constant multiples at each bit position have a bounded  
  9.         // number of collisions (approximately 8 at default load factor).  
  10.         h ^= (h >>> 20) ^ (h >>> 12);  
  11.         return h ^ (h >>> 7) ^ (h >>> 4);  
  12.     }  
  13.   
  14.   
  15.     /**  
  16.      * 返回此hashcode应当分配到的桶的索引  
  17.      */  
  18.     static int indexFor(int h, int length) {  
  19.         return h & (length-1);  
  20.     }  
/**       * 根据特定的hashcode 重新计算hash值,       * 由于JVM生成的的hashcode的低字节(lower bits)冲突概率大,(JDK只是这么一说,至于为什么我也不清楚)       * 为了提高性能,HashMap对Key的hashcode再加工,取Key的hashcode的高字节参与运算       */      static int hash(int h) {          // This function ensures that hashCodes that differ only by          // constant multiples at each bit position have a bounded          // number of collisions (approximately 8 at default load factor).          h ^= (h >>> 20) ^ (h >>> 12);          return h ^ (h >>> 7) ^ (h >>> 4);      }          /**       * 返回此hashcode应当分配到的桶的索引       */      static int indexFor(int h, int length) {          return h & (length-1);      }

当HashMap的大小大于阀值时,HashMap容量的扩充算法

当当前的HashMap的大小大于阀值时,HashMap会对此HashMap的容量进行扩充,即对内部的Entry[] table 数组进行扩充。

HashMap对容量(Entry[] table数组长度) 有两点要求:

1. 容量的大小应当是 2的N次幂;

2. 当容量大小超过阀值时,容量扩充为当前的一倍;

这里第2点很重要,如果当前的HashMap的容量为16,需要扩充时,容量就要变成16*2 = 32,接着就是32*2=64、64*2=128、128*2=256.........可以看出,容量扩充的大小是呈指数级的级别递增的。

这里容量扩充的操作可以分为以下几个步骤:

1. 申请一个新的、大小为当前容量两倍的数组;

2. 将旧数组的Entry[] table中的链表重新计算hash值,然后重新均匀地放置到新的扩充数组中;

3.  释放旧的数组;

由上述的容量扩充的步骤来看,一次容量扩充的代价非常大,所以在容量扩充时,扩充的比例为当前的一倍,这样做是尽量减少容量扩充的次数。

为了提高HashMap的性能:

1.在使用HashMap的过程中,你比较明确它要容纳多少Entry<Key,Value>,你应该在创建HashMap的时候直接指定它的容量;

2. 如果你确定HashMap的使用的过程中,大小会非常大,那么你应该控制好 加载因子的大小,尽量将它设置得大些。避免Entry[] table过大,而利用率觉很低。

  1. /**  
  2.      * Rehashes the contents of this map into a new array with a  
  3.      * larger capacity.  This method is called automatically when the  
  4.      * number of keys in this map reaches its threshold.  
  5.      *  
  6.      * If current capacity is MAXIMUM_CAPACITY, this method does not  
  7.      * resize the map, but sets threshold to Integer.MAX_VALUE.  
  8.      * This has the effect of preventing future calls.  
  9.      *  
  10.      * @param newCapacity the new capacity, MUST be a power of two;  
  11.      *        must be greater than current capacity unless current  
  12.      *        capacity is MAXIMUM_CAPACITY (in which case value  
  13.      *        is irrelevant).  
  14.      */  
  15.     void resize(int newCapacity) {  
  16.         Entry[] oldTable = table;  
  17.         int oldCapacity = oldTable.length;  
  18.         if (oldCapacity == MAXIMUM_CAPACITY) {  
  19.             threshold = Integer.MAX_VALUE;  
  20.             return;  
  21.         }  
  22.   
  23.   
  24.         Entry[] newTable = new Entry[newCapacity];  
  25.         transfer(newTable);  
  26.         table = newTable;  
  27.         threshold = (int)(newCapacity * loadFactor);  
  28.     }  
  29.       
  30.     /**  
  31.      * Transfers all entries from current table to newTable.  
  32.      */  
  33.     void transfer(Entry[] newTable) {  
  34.         Entry[] src = table;  
  35.         int newCapacity = newTable.length;  
  36.         for (int j = 0; j < src.length; j++) {  
  37.             Entry<K,V> e = src[j];  
  38.             if (e != null) {  
  39.                 src[j] = null;  
  40.                 do {  
  41.                     Entry<K,V> next = e.next;  
  42.                     int i = indexFor(e.hash, newCapacity);  
  43.                     e.next = newTable[i];  
  44.                     newTable[i] = e;  
  45.                     e = next;  
  46.                 } while (e != null);  
  47.             }  
  48.         }  
  49.     }  
/**       * Rehashes the contents of this map into a new array with a       * larger capacity.  This method is called automatically when the       * number of keys in this map reaches its threshold.       *       * If current capacity is MAXIMUM_CAPACITY, this method does not       * resize the map, but sets threshold to Integer.MAX_VALUE.       * This has the effect of preventing future calls.       *       * @param newCapacity the new capacity, MUST be a power of two;       *        must be greater than current capacity unless current       *        capacity is MAXIMUM_CAPACITY (in which case value       *        is irrelevant).       */      void resize(int newCapacity) {          Entry[] oldTable = table;          int oldCapacity = oldTable.length;          if (oldCapacity == MAXIMUM_CAPACITY) {              threshold = Integer.MAX_VALUE;              return;          }              Entry[] newTable = new Entry[newCapacity];          transfer(newTable);          table = newTable;          threshold = (int)(newCapacity * loadFactor);      }            /**       * Transfers all entries from current table to newTable.       */      void transfer(Entry[] newTable) {          Entry[] src = table;          int newCapacity = newTable.length;          for (int j = 0; j < src.length; j++) {              Entry<K,V> e = src[j];              if (e != null) {                  src[j] = null;                  do {                      Entry<K,V> next = e.next;                      int i = indexFor(e.hash, newCapacity);                      e.next = newTable[i];                      newTable[i] = e;                      e = next;                  } while (e != null);              }          }      }

为什么JDK建议我们重写Object.equals(Object obj)方法时,需要保证对象可以返回相同的hashcode值?

Java程序员都看过JDK的API文档,该文档关于Object.equals(Object obj)方法,有这样的描述:

“注意:当此方法被重写时,通常有必要重写hashCode 方法,以维护hashCode 方法的常规协定,该协定声明相等对象必须具有相等的哈希码。”

有的人虽然知道这个协定,但是不一定真正知道为什么会有这一个要求,现在,就来看看原因吧。

再注意看一下上述的这个put()方法实现,当遍历某个桶中的Entry<Key,Value>链表来查找Entry实例的过程中所使用的判断条件:

  1. for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) {  
  2.             Object k;  
  3.             //5. 查找Entry<Key,Value>链表中是否已经有了以Key值为Key存储的Entry<Key,Value>对象,  
  4.             //已经存在,则将Value值覆盖到对应的Entry<Key,Value>对象节点上  
  5.             if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {  
  6.                 V oldValue = e.value;  
  7.                 e.value = value;  
  8.                 e.recordAccess(this);  
  9.                 return oldValue;  
  10.             }  
for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) {              Object k;              //5. 查找Entry<Key,Value>链表中是否已经有了以Key值为Key存储的Entry<Key,Value>对象,              //已经存在,则将Value值覆盖到对应的Entry<Key,Value>对象节点上              if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {                  V oldValue = e.value;                  e.value = value;                  e.recordAccess(this);                  return oldValue;              }

对于给定的Key,Value,判断该Key是否与Entry链表中有某一个Entry对象的Key值相等使用的是(k==e.key)==key) || key.equals(k),另外还有一个判断条件:即Key经过hash函数转换后的hash值和当前Entry对象的hash属性值相等(该hash属性值和Entry内的Key经过hash方法转换后的hash值相等)。

上述的情况我们可以总结为;HashMap在确定Key是否在HashMap中存在的要求有两个:

1. Key值是否相等;

2. hashcode是否相等;

所以我们在定义类时,如果重写了equals()方法,但是hashcode却没有保证相等,就会导致当使用该类实例作为Key值放入HashMap中,会出现HashMap“工作异常”的问题,会出现你不希望的情况。下面让我们通过一个例子来看看这个“工作异常”情况:

例子: 定义一个简单Employee类,重写equals方法,而没有重写hashCode()方法。然后使用该类创建两个实例,放置到一个HashMap中:

  1. package com.hash;  
  2.   
  3.   
  4. /**  
  5.  * 简单Employee Bean,重写equals方法,未重写hashCode()方法  
  6.  * @author louluan  
  7.  */  
  8. public class Employee {  
  9.       
  10.     private String employeeCode;  
  11.     private String name;  
  12.       
  13.     public Employee(String employeeCode, String name) {  
  14.         this.employeeCode = employeeCode;  
  15.         this.name = name;  
  16.     }  
  17.       
  18.     public String getEmployeeCode() {  
  19.         return employeeCode;  
  20.     }  
  21.     public String getName() {  
  22.         return name;  
  23.     }  
  24.       
  25.     @Override  
  26.     public boolean equals(Object o)  
  27.     {  
  28.         if(o instanceof Employee)  
  29.         {  
  30.             Employee e = (Employee)o;  
  31.             if(this.employeeCode.equals(e.getEmployeeCode()) && name.equals(e.getName()))  
  32.             {  
  33.                 return true;  
  34.             }  
  35.         }  
  36.         return false;  
  37.     }  
  38. }  
package com.hash;      /**   * 简单Employee Bean,重写equals方法,未重写hashCode()方法   * @author louluan   */  public class Employee {      private String employeeCode;   private String name;      public Employee(String employeeCode, String name) {    this.employeeCode = employeeCode;    this.name = name;   }      public String getEmployeeCode() {    return employeeCode;   }   public String getName() {    return name;   }      @Override   public boolean equals(Object o)   {    if(o instanceof Employee)    {     Employee e = (Employee)o;     if(this.employeeCode.equals(e.getEmployeeCode()) && name.equals(e.getName()))     {      return true;     }    }    return false;   }  }
  1. package com.hash;  
  2. import java.util.HashMap;  
  3.   
  4.   
  5. public class Test {  
  6.       
  7.     public static void main(String[] args) {  
  8.         Employee em1new Employee("123","anndy");  
  9.         Employee em2new Employee("123","anndy");  
  10.         boolean equalsem1.equals(em2);  
  11.         System.out.println("em1 equals em2 ? " +equals);  
  12.           
  13.         HashMap map = new HashMap();  
  14.         map.put(em1, "test1");  
  15.         map.put(em2, "test2");  
  16.         System.out.println("map size:"+map.size());  
  17.     }  
  18. }  
  19. <em><u><span style="font-family:Courier New;color:#000000;background-color: rgb(240, 240, 240);">  
  20. </span></u></em>  
package com.hash;  import java.util.HashMap;      public class Test {      public static void main(String[] args) {    Employee em1= new Employee("123","anndy");    Employee em2= new Employee("123","anndy");    boolean equals= em1.equals(em2);    System.out.println("em1 equals em2 ? " +equals);        HashMap map = new HashMap();    map.put(em1, "test1");    map.put(em2, "test2");    System.out.println("map size:"+map.size());   }  }  <em><u><span style="font-family:Courier New;color:#000000;background-color: rgb(240, 240, 240);">  </span></u></em>

运行结果:

em1 equals em2 ? true
map size:2

结果分析:

上述的例子中,我们使用了new Employee("123","anndy"); 语句创建了两个完全一样的对象em1,em2,对我们来说,它们就是相同的对象,然后,我们将这两个我们认为相等的对象作为Key值放入HashMap中,我们想要的结果是:HashMap中的Entry<Key,Value>键值对数目应该就一个,并且Entry对象的Value值应该是由"test1" 替换成"test2",但是实际的结果是:HashMap的大小为2,即HashMap中有两个Entry<Key,Value>键值对!!!

原因现在清晰了:因为em1和em2对象的hashCode()继承自Object,它们返回两个不同的值,即em1 和em2的hashcode值不相同。

从上面的这个例子可以看出:

我们重写Object.equals(Object obj)方法时,需要保证对象可以返回相同的hashcode。否则,HashMap工作的时候会有不可控的异常情况出现。

 2. get() 方法的实现:

根据特定的Key值从HashMap中取Value的结果就比较简单了:

get()方法-根据Key从HashMap中取Value

a.  获取这个Key的hashcode值,根据此hashcode值决定应该从哪一个桶中查找;

b.  遍历所在桶中的Entry<Key,Value>链表,查找其中是否已经有了以Key值为Key存储的Entry<Key,Value>对象;

c1. 若已存在,定位到对应的Entry<Key,Value>,返回value;

c2. 若不存在,返回null;

具体算法如下:

  1. /**  
  2.    * Returns the value to which the specified key is mapped,  
  3.    * or {@code null} if this map contains no mapping for the key.  
  4.    *  返回key对应的Value值,如果HashMap中没有,则返回null;  
  5.    *  支持Key为null情况  
  6.    * <p>More formally, if this map contains a mapping from a key  
  7.    * {@code k} to a value {@code v} such that {@code (key==null ? k==null :  
  8.    * key.equals(k))}, then this method returns {@code v}; otherwise  
  9.    * it returns {@code null}.  (There can be at most one such mapping.)  
  10.    *  
  11.    * <p>A return value of {@code null} does not <i>necessarily</i>  
  12.    * indicate that the map contains no mapping for the key; it's also  
  13.    * possible that the map explicitly maps the key to {@code null}.  
  14.    * The {@link #containsKey containsKey} operation may be used to  
  15.    * distinguish these two cases.  
  16.    *  
  17.    * @see #put(Object, Object)  
  18.    */  
  19.   public V get(Object key) {  
  20.       if (key == null)  
  21.           return getForNullKey();  
  22.       int hash = hash(key.hashCode());  
  23.       //遍历列表  
  24.       for (Entry<K,V> e = table[indexFor(hash, table.length)];  
  25.            e != null;  
  26.            e = e.next) {  
  27.           Object k;  
  28.           if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k)))  
  29.               return e.value;  
  30.       }  
  31.       return null;  
  32.   }  
/**       * Returns the value to which the specified key is mapped,       * or {@code null} if this map contains no mapping for the key.       *  返回key对应的Value值,如果HashMap中没有,则返回null;       *  支持Key为null情况       * <p>More formally, if this map contains a mapping from a key       * {@code k} to a value {@code v} such that {@code (key==null ? k==null :       * key.equals(k))}, then this method returns {@code v}; otherwise       * it returns {@code null}.  (There can be at most one such mapping.)       *       * <p>A return value of {@code null} does not <i>necessarily</i>       * indicate that the map contains no mapping for the key; it's also       * possible that the map explicitly maps the key to {@code null}.       * The {@link #containsKey containsKey} operation may be used to       * distinguish these two cases.       *       * @see #put(Object, Object)       */      public V get(Object key) {          if (key == null)              return getForNullKey();          int hash = hash(key.hashCode());          //遍历列表          for (Entry<K,V> e = table[indexFor(hash, table.length)];               e != null;               e = e.next) {              Object k;              if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k)))                  return e.value;          }          return null;      }

3.HashMap对Key为null情况的支持

HashMap允许Key以null的形式存取,Hashmap会将Key为null组成的Entry<null,Value>放置到table[0],即第一个桶中,在put()和get()操作时,会先对Key 为null的值特殊处理:

  1. /**  
  2.     * Offloaded version of get() to look up null keys.  Null keys map  
  3.     * to index 0.  This null case is split out into separate methods  
  4.     * for the sake of performance in the two most commonly used  
  5.     * operations (get and put), but incorporated with conditionals in  
  6.     * others.  
  7.     * get ć“ä˝œ  
  8.     */  
  9.    private V getForNullKey() {  
  10.        for (Entry<K,V> e = table[0]; e != null; e = e.next) {  
  11.            if (e.key == null)  
  12.                return e.value;  
  13.        }  
  14.        return null;  
  15.    }  
/**       * Offloaded version of get() to look up null keys.  Null keys map       * to index 0.  This null case is split out into separate methods       * for the sake of performance in the two most commonly used       * operations (get and put), but incorporated with conditionals in       * others.       * get 操作       */      private V getForNullKey() {          for (Entry<K,V> e = table[0]; e != null; e = e.next) {              if (e.key == null)                  return e.value;          }          return null;      }
  1. /**  
  2.     * Key 为null,则将Entry<null,Value>放置到第一桶table[0]中  
  3.     */  
  4.    private V putForNullKey(V value) {  
  5.        for (Entry<K,V> e = table[0]; e != null; e = e.next) {  
  6.            if (e.key == null) {  
  7.                V oldValue = e.value;  
  8.                e.value = value;  
  9.                e.recordAccess(this);  
  10.                return oldValue;  
  11.            }  
  12.        }  
  13.        modCount++;  
  14.        addEntry(0, null, value, 0);  
  15.        return null;  
  16.    }  
/**       * Key 为null,则将Entry<null,Value>放置到第一桶table[0]中       */      private V putForNullKey(V value) {          for (Entry<K,V> e = table[0]; e != null; e = e.next) {              if (e.key == null) {                  V oldValue = e.value;                  e.value = value;                  e.recordAccess(this);                  return oldValue;              }          }          modCount++;          addEntry(0, null, value, 0);          return null;      }

4. 键值对Entry<Key,Value>的移除----remove(key)方法的实现

根据key值移除键值对的操作也比较简单,内部关键的流程分为两个:

1. 根据Key的hashcode 值和Key定位到Entry<key,Value> 对象在HashMap中的位置;

2. 由于Entry<Key,Value>是一个链表元素,之后便是链表删除节点的操作了;

  1. /**  
  2.      * Removes the mapping for the specified key from this map if present.  
  3.      *  
  4.      * @param  key key whose mapping is to be removed from the map  
  5.      * @return the previous value associated with <tt>key</tt>, or  
  6.      *         <tt>null</tt> if there was no mapping for <tt>key</tt>.  
  7.      *         (A <tt>null</tt> return can also indicate that the map  
  8.      *         previously associated <tt>null</tt> with <tt>key</tt>.)  
  9.      */  
  10.     public V remove(Object key) {  
  11.         Entry<K,V> e = removeEntryForKey(key);  
  12.         return (e == null ? null : e.value);  
  13.     }  
  14.   
  15.   
  16.     /**  
  17.      * Removes and returns the entry associated with the specified key  
  18.      * in the HashMap.  Returns null if the HashMap contains no mapping  
  19.      * for this key.  
  20.      */  
  21.     final Entry<K,V> removeEntryForKey(Object key) {  
  22.         int hash = (key == null) ? 0 : hash(key.hashCode());  
  23.         int i = indexFor(hash, table.length);  
  24.         Entry<K,V> prev = table[i];  
  25.         Entry<K,V> e = prev;  
  26.   
  27.   
  28.         while (e != null) {  
  29.             Entry<K,V> next = e.next;  
  30.             Object k;  
  31.             if (e.hash == hash &&  
  32.                 ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) {  
  33.                 modCount++;  
  34.                 size--;  
  35.                 if (prev == e)  
  36.                     table[i] = next;  
  37.                 else  
  38.                     prev.next = next;  
  39.                 e.recordRemoval(this);  
  40.                 return e;  
  41.             }  
  42.             prev = e;  
  43.             e = next;  
  44.         }  
  45.   
  46.   
  47.         return e;  
  48.     }  
/**       * Removes the mapping for the specified key from this map if present.       *       * @param  key key whose mapping is to be removed from the map       * @return the previous value associated with <tt>key</tt>, or       *         <tt>null</tt> if there was no mapping for <tt>key</tt>.       *         (A <tt>null</tt> return can also indicate that the map       *         previously associated <tt>null</tt> with <tt>key</tt>.)       */      public V remove(Object key) {          Entry<K,V> e = removeEntryForKey(key);          return (e == null ? null : e.value);      }          /**       * Removes and returns the entry associated with the specified key       * in the HashMap.  Returns null if the HashMap contains no mapping       * for this key.       */      final Entry<K,V> removeEntryForKey(Object key) {          int hash = (key == null) ? 0 : hash(key.hashCode());          int i = indexFor(hash, table.length);          Entry<K,V> prev = table[i];          Entry<K,V> e = prev;              while (e != null) {              Entry<K,V> next = e.next;              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;      }

3、HashMap的特点总结:


1. HashMap是线程不安全的,如果想使用线程安全的,可以使用Hashtable;它提供的功能和Hashmap基本一致。HashMap实际上是一个Hashtable的轻量级实现;

2. 允许以Key为null的形式存储<null,Value>键值对;

3. HashMap的查找效率非常高,因为它使用Hash表对进行查找,可直接定位到Key值所在的桶中;

4. 使用HashMap时,要注意HashMap容量和加载因子的关系,这将直接影响到HashMap的性能问题。加载因子过小,会提高HashMap的查找效率,但同时也消耗了大量的内存空间,加载因子过大,节省了空间,但是会导致HashMap的查找效率降低。