一.基础

1.概述

HashMap 是基于哈希表的 Map 接口的非同步实现。此实现提供所有可选的映射操作，并允许使用 null 键和null 值 。此类不保证映射的顺序，特别是它不保证该顺序恒久不变。 HashMap继承AbstractMap，实现了Map接口。

public class HashMap<K,V> extends AbstractMap<K,V> implements Map<K,V>, Cloneable, Serializable

2.构造函数

(1)HashMap()

构造一个具有默认初始容量 (16) 和默认加载因子 (0.75) 的HashMap。

(2)HashMap(int initialCapacity)

构造一个带指定初始容量为initialCapacity和默认加载因子 (0.75) 的HashMap。

(3)HashMap(int initialCapacity, float loadFactor)

构造一个带指定初始容量为initialCapacity和加载因子为loadFactor的 HashMap。

初始容量、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桶的数量，初始容量是创建哈希表时的容量，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，它衡量的是一个散列表的空间的使用程度，负载因子越大表示散列表的装填程度越高，反之愈小。对于使用链表法的散列表来说，查找一个元素的平均时间是O(1+a)，因此如果负载因子越大，对空间的利用更充分，然而后果是查找效率的降低；如果负载因子太小，那么散列表的数据将过于稀疏，对空间造成严重浪费。系统默认负载因子为0.75，一般情况下我们是无需修改的。

3.结构

新建一个HashMap时，都会初始化一个长度为initialCapacity的table数组。table数组i位置的元素为Entry节点，即table[i] = entry;

public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) { //初始容量不能 小于 0 if (initialCapacity < 0) throw new IllegalArgumentException("Illegal initial capacity: " + initialCapacity); //初始容量不能 大于 最大容量值，HashMap的最大容量值为2^30 if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY) initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY; //负载因子不能 小于 0 if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor)) throw new IllegalArgumentException("Illegal load factor: " + loadFactor); // 计算出大于 initialCapacity 的最小的 2 的 n 次方值。 int capacity = 1; while (capacity < initialCapacity) capacity <<= 1; this.loadFactor = loadFactor; //设置HashMap的容量极限，当HashMap的容量达到该极限时就会进行扩容操作 threshold = (int) (capacity * loadFactor); //初始化table数组 table = new Entry[capacity]; init(); }

Entry为HashMap的内部类，它包含了键key、值value、下一个节点next，以及hash值，即：

static class Entry<K,V> implements Map.Entry<K,V> { final K key; V value; Entry<K,V> next; final int hash; //构造函数 Entry(int h, K k, V v, Entry<K,V> n) { value = v; next = n; key = k; hash = h; } ....... }

二.存储

(1)put(key,vlaue)

public V put(K key, V value) { //当key为null，调用putForNullKey方法，保存null与table第一个位置中，这是HashMap允许为null的原因 if (key == null) return putForNullKey(value); //计算key的hash值 int hash = hash(key.hashCode()); ------(1) //计算key hash 值在 table 数组中的位置 int i = indexFor(hash, table.length); ------(2) //从i出开始迭代 e,找到 key 保存的位置 for (Entry<K, V> e = table[i]; e != null; e = e.next) { Object k; //判断该条链上是否有hash值相同的(key相同) //若存在相同，则直接覆盖value，返回旧value if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) { V oldValue = e.value; //旧值 = 新值 e.value = value; e.recordAccess(this); return oldValue; //返回旧值 } } //修改次数增加1 modCount++; //将key、value添加至i位置处 addEntry(hash, key, value, i); return null; }

当key为空时，将Entry<K,V>存放在buketIndex为0的位置，即table[0]。 当key不为空时，执行key.hashCode()方法计算出hash值找到buketIndex，即找到存放的位置，存在三种情况： ①buketIndex位置为空，没有元素，此时直接将Entry<K,V>存入table[buketIndex]； ②buketIndex位置不为空且对象相同(key值相等或key.equals)，则替换掉原有的值V； ③buketIndex位置不为空且对象不同，则hashCode发生碰撞，HashMap通过单链表来解决，将新元素加入链表表头，通过next指向原有的元素。单链表在Java中的实现就是对象的引用(复合)。

(2)链的产生

这是一个非常优雅的设计。系统总是将新的Entry对象添加到bucketIndex处。如果bucketIndex处已经有了对象，那么新添加的Entry对象将指向原有的Entry对象，形成一条Entry链，但是若bucketIndex处没有Entry对象，也就是e==null,那么新添加的Entry对象指向null，也就不会产生Entry链了。

(3)hashCode与hash

static int hash(int h) { h ^= (h >>> 20) ^ (h >>> 12); return h ^ (h >>> 7) ^ (h >>> 4); }

hash(int h)方法根据key的hashCode重新计算一次散列。此算法加入了高位计算，防止低位不变，高位变化时，造成的hash冲突。 在HashMap中要找到某个元素，需要根据key的hash值来求得对应数组中的位置。如何计算这个位置就是hash算法。前面说过HashMap的数据结构是数组和链表的结合，所以我们当然希望这个HashMap里面的元素位置尽量的分布均匀些，尽量使得每个位置上的元素数量只有一个，那么当我们用hash算法求得这个位置的时候，马上就可以知道对应位置的元素就是我们要的，而不用再去遍历链表，这样就大大优化了查询的效率。

对于任意给定的对象，只要它的 hashCode() 返回值相同，那么程序调用 hash(int h) 方法所计算得到的 hash 码值总是相同的。我们首先想到的就是把hash值对数组长度取模运算，这样一来，元素的分布相对来说是比较均匀的。但是，“模”运算的消耗还是比较大的， 在HashMap中是这样做的：调用 indexFor(int h, int length) 方法来计算该对象应该保存在 table 数组的哪个索引处。

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

HashMap的底层数组长度总是2的n次方，在构造函数中存在：capacity <<= 1;这样做总是能够保证HashMap的底层数组长度为2的n次方。当length为2的n次方时，h&(length - 1)就相当于对length取模，速度比直接取模快得多，而且取模运算外还有一个非常重要的责任：均匀分布table数据和充分利用空间。 这是HashMap的一个优化。

假设数组长度分别为15和16，优化后的hash码分别为8和9，那么&运算后的结果如下：

h & (table.length-1)hashtable.length-18 & (15-1)0100 & 111001009 & (15-1)0101 & 111001008 & (16-1)0100 & 111101009 & (16-1)0101 & 11110101

当hash码8和9和和15-1（1110）“与”的时候，产生了相同的结果，也就是说它们会定位到数组中的同一个位置上去，这就产生了碰撞，8和9会被放到数组中的同一个位置上形成链表，那么查询的时候就需要遍历这个链表，得到8或者9，这样就降低了查询的效率。同时，我们也可以发现，当数组长度为15的时候，hash值会与15-1（1110）进行“与”，那么最后一位永远是0，而0001，0011，0101，1001，1011，0111，1101这几个位置永远都不能存放元素了，空间浪费相当大，更糟的是 这种情况中，数组可以使用的位置比数组长度小了很多，这意味着进一步增加了碰撞的几率，减慢了查询的效率！ 而当数组长度为16时，即为2的n次方 时，2n-1得到的二进制数的每个位上的值都为1，这使得在低位上&时，得到的和原hash的低位相同，加之hash(int h)方法对key的hashCode的进一步优化，加入了高位计算，就使得只有相同的hash值的两个值才会被放到数组中的同一个位置上形成链表。

三.key的hashcode与equals方法改写

hashcode与equals方法是对应map找到对应元素是两个关键方法。

Hashmap的key可以是任何类型的对象，例如User这种对象，为了保证两个具有相同属性的user的hashcode相同，我们就需要改写hashcode方法，比方把hashcode值的计算与User对象的id关联起来，那么只要user对象拥有相同id，那么他们的hashcode也能保持一致了，这样就可以找到在hashmap数组中的位置了。如果这个位置上有多个元素，还需要用key的equals方法在对应位置的链表中找到需要的元素，所以只改写了hashcode方法是不够的，equals方法也是需要改写滴~当然啦，按正常思维逻辑，equals方法一般都会根据实际的业务内容来定义，例如根据user对象的id来判断两个user是否相等。

在改写equals方法的时候，需要满足以下三点： (1) 自反性：就是说a.equals(a)必须为true。 (2) 对称性：就是说a.equals(b)=true的话，b.equals(a)也必须为true。 (3) 传递性：就是说a.equals(b)=true，并且b.equals©=true的话，a.equals©也必须为true。 通过改写key对象的equals和hashcode方法，我们可以将任意的业务对象作为map的key(前提是你确实有这样的需要)。

四.hashmap的resize(扩容问题)

随着HashMap中元素的数量越来越多，发生碰撞的概率就越来越大，所产生的链表长度就会越来越长，这样势必会影响HashMap的速度，为了保证HashMap的效率，系统必须要在某个临界点进行扩容处理。该临界点在当HashMap中元素的数量等于table数组长度*加载因子。但是扩容是一个非常耗时的过程，因为它需要重新计算这些数据在新table数组中的位置并进行复制处理。所以如果我们已经预知HashMap中元素的个数，那么预设元素的个数能够有效的提高HashMap的性能。

当数组内元素数量（所有entry的数量entryset.size）达到initialCapacity*loadFactor(默认0.75)的大小，为了减少碰撞，对map进行扩增，为原来两倍。 假如扩容前table数组大小未达到最大2^30，即将数组增大一倍，否则返回

void resize(int newCapacity) { //传入新的容量 Entry[] oldTable = table; //引用扩容前的Entry数组 int oldCapacity = oldTable.length; if (oldCapacity == MAXIMUM_CAPACITY) { //扩容前的数组大小如果已经达到最大(2^30)了 threshold = Integer.MAX_VALUE; //修改阈值为int的最大值(2^31-1)，这样以后就不会扩容了 return; } Entry[] newTable = new Entry[newCapacity]; //初始化一个新的Entry数组 transfer(newTable); //！！将数据转移到新的Entry数组里 table = newTable; //HashMap的table属性引用新的Entry数组 threshold = (int) (newCapacity * loadFactor);//修改阈值 }

使用一个容量更大的数组来代替已有的容量小的数组，transfer()方法将原有Entry数组的元素拷贝到新的Entry数组里。

void transfer(Entry[] newTable) { Entry[] src = table; //src引用了旧的Entry数组 int newCapacity = newTable.length; for (int j = 0; j < src.length; j++) { //遍历旧的Entry数组 Entry<K, V> e = src[j]; //取得旧Entry数组的每个元素 if (e != null) { src[j] = null;//释放旧Entry数组的对象引用（for循环后，旧的Entry数组不再引用任何对象） do { Entry<K, V> next = e.next; int i = indexFor(e.hash, newCapacity); //！！重新计算每个元素在数组中的位置 e.next = newTable[i]; //标记[1] newTable[i] = e; //将元素放在数组上 e = next; //访问下一个Entry链上的元素 } while (e != null); } } }

五.读取get(key)

通过key的hash值找到在table数组中的索引处的Entry，然后返回该key对应的value即可。

public V get(Object key) { // 若为null，调用getForNullKey方法返回相对应的value if (key == null) return getForNullKey(); // 根据该 key 的 hashCode 值计算它的 hash 码 int hash = hash(key.hashCode()); // 取出 table 数组中指定索引处的值 for (Entry<K, V> e = table[indexFor(hash, table.length)]; e != null; e = e.next) { Object k; //若搜索的key与查找的key相同，则返回相对应的value if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) return e.value; } return null; }

六. EntrySet、KeySet实现原理

1.实现原理

HashMap里面保存的数据最底层是一个Entry型的数组，这个Entry则保留了一个键值对，还有一个指向下一个Entry的指针。所以HashMap是一种结合了数组和链表的结构。因此，我们有3种对数据的观测方式：keySet，values，entrySet。

keySet是从key的值角度出发的结果。它里面包含了这个键值对表里面的所有键的值的集合，因为HashMap明确规定一个键只能对应一个值，所以不会有重复的key存在，这也就是为什么可以用集合来装key。

values则是从键值对的值的角度看这个映射表，因为可以有多个key对应一个值，所以可能有多个相同的values。

entrySet是从键值对的角度思考这个问题，它返回一个键值对的集合。（键值对相等当且仅当键和值都相等）。

2.代码解析

keySet.iterator()

HashMap中的keySet源码：

public Set<K> keySet() { Set<K> ks = keySet; return (ks != null ? ks : (keySet = new 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(); } }

由以上源码可知，当调用hashmap.keySet()方法时，若keySet为空，则返回一个新建的内部类KeySet(); 但是我们发现它有个iterator()方法，我们在敲代码中经常使用这个迭代器迭代取出HashMap对象中的key和value，再深入看：

Iterator newKeyIterator() { return new KeyIterator(); }

HashMap内部类KeyIterator :

private final class KeyIterator extends HashIterator { public Object next() { return nextEntry().getKey(); } final HashMap this$0; private KeyIterator() { this$0 = HashMap.this; super(); } }

HashIterator :

private abstract class HashIterator implements Iterator { public final boolean hasNext() { return next != null; } final HashMap.Entry nextEntry() { if (modCount != expectedModCount) throw new ConcurrentModificationException(); HashMap.Entry entry = next; if (entry == null) throw new NoSuchElementException(); if ((next = entry.next) == null) { for (HashMap.Entry aentry[] = table; index < aentry.length && (next = aentry[index++]) == null;) ; } current = entry; return entry; } public void remove() { if (current == null) throw new IllegalStateException(); if (modCount != expectedModCount) { throw new ConcurrentModificationException(); } else { Object obj = current.key; current = null; removeEntryForKey(obj); expectedModCount = modCount; return; } } HashMap.Entry next; int expectedModCount; int index; HashMap.Entry current; final HashMap this$0; HashIterator() { this$0 = HashMap.this; super(); expectedModCount = modCount; if (size > 0) { for (HashMap.Entry aentry[] = table; index < aentry.length && (next = aentry[index++]) == null;) ; } } }

由此可以Iterator是继承了这个HashIterator 这个内部类，而HashIterator 又访问了外部HashmMap的一些属性得以访问到整个对象的table数组的所有Entry的。

3.输出hashmap.keySet();

写个测试的案例：

@Test public void testPrint(){ Map<String, Object> map = new HashMap<String, Object>(); map.put("now", "u"); map.put("see", "me"); System.out.println(map.keySet()); }

输出结果为：

[see, now]

当我们调用map.keySet时候，为什么会打印出keySet的这个结果呢？原理是什么？仿照HashMap写一个自定义的Iterator

package MyMap.Demo1; import java.util.AbstractSet; import java.util.ArrayList; import java.util.Iterator; import java.util.Set; public class MyTestIterator { public static void main(String[] args) { TestIterator t = new TestIterator(); Set<Integer> set = t.keySet(); System.out.println(set); } } class TestIterator { public Set<Integer> keySet() { final ArrayList<Integer> result = new ArrayList<Integer>(); result.add(1); result.add(2); result.add(3); Set<Integer> keySet = new AbstractSet<Integer>() { public Iterator<Integer> iterator() { return new Iterator<Integer>() { private Iterator<Integer> i = result.iterator(); @Override public boolean hasNext() { System.out.println("===========hasNext"); return i.hasNext(); } @Override public Integer next() { System.out.println("===========next"); return i.next(); } @Override public void remove() { System.out.println("===========remove"); i.remove(); } }; } @Override public int size() { return 0; } }; return keySet; } }

打印结果为：

===========hasNext ===========hasNext ===========next ===========hasNext ===========next ===========hasNext ===========next ===========hasNext [1, 2, 3]

是在哪里调用了keySet的iterator方法呢？在所有的输出语句打个断点，原来当我们使用 System.out.println( t.keySet()); 输出Set<Integer>对象时，由于AbstractSet类继承了AbstractCollection类，而AbstractCollection又重写了Object类的toString()方法，因此在输出时调用了AbstractCollection.java类中的toString方法，重写的toString()方法又调用了iterator，从而迭代取出结果拼接成字符串。

public String toString() { Iterator<E> it = iterator(); if (! it.hasNext()) return "[]"; StringBuilder sb = new StringBuilder(); sb.append('['); for (;;) { E e = it.next(); sb.append(e == this ? "(this Collection)" : e); if (! it.hasNext()) return sb.append(']').toString(); sb.append(',').append(' '); } }

六.参考

http://www.cnblogs.com/dsj2016/p/5551059.html http://www.cnblogs.com/chenssy/p/3521565.html http://www.genshuixue.com/i-cxy/p/8040323