2.7 HashMap面试必问（源码解析）

2.7 HashMap中的数据

Map接口中有一个Entry接口，在HashMap中对其进行了实现，Entry的实现是HashMap存放的数据的类型。
其中Entry在HashMap的实现是Node，Node是一个单链表的结构，TreeNode是其子类，是一个红黑树的类型，其继承结构图如下：

HashMap存放数据的数据是什么呢？
代码中存放数据的容器如下：

transient Node<K,V>[] table;

说明了该容器中是一个又一个node组成，而node有三种实现，所以hashMap中存放的node的形式既可以是Node也可以是TreeNode，

2.7.1 HashMap的组成

有了上边的概念之后来看一下HashMap里有哪些组成吧！

	//是hashMap的最小容量16，容量就是数组的大小也就是变量，transient 		Node<K,V>[] table。
    static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; // aka 16
    //最大数量，该数组最大值为2^31一次方。
    static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;
    //默认的加载因子，如果构造的时候不传则为0.75
    static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;
    //一个位置里存放的节点转化成树的阈值，也就是8，比如数组里有一个node，这个   
      // node链表的长度达到该值才会转化为红黑树。
    static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8;
    //当一个反树化的阈值，当这个node长度减少到该值就会从树转化成链表
    static final int UNTREEIFY_THRESHOLD = 6;
    //满足节点变成树的另一个条件，就是存放node的数组长度要达到64
    static final int MIN_TREEIFY_CAPACITY = 64;
    //具体存放数据的数组
    transient Node<K,V>[] table;
    //entrySet，一个存放k-v缓冲区
    transient Set<Map.Entry<K,V>> entrySet;
    //size是指hashMap中存放了多少个键值对
    transient int size;
    //对map的修改次数
    transient int modCount;
    //加载因子
    final float loadFactor;

这儿要说两个概念，table是指的存放数据的数组，bin是指的table中某一个位置的node，一个node可以理解成一批/一盒数据。

2.7.2 HashMap中的构造函数

//只有容量，initialCapacity
public HashMap(int initialCapacity) {
    this(initialCapacity, DEFAULT_LOAD_FACTOR);
}
public HashMap() {
    this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR; // all other fields defaulted
}
public HashMap(Map<? extends K, ? extends V> m) {
    this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR;
    putMapEntries(m, false);
}
final void putMapEntries(Map<? extends K, ? extends V> m, boolean evict) {
    int s = m.size();
    if (s > 0) {
        if (table == null) { // pre-size
            float ft = ((float)s / loadFactor) + 1.0F;
            int t = ((ft < (float)MAXIMUM_CAPACITY) ?
                     (int)ft : MAXIMUM_CAPACITY);
            if (t > threshold)
                threshold = tableSizeFor(t);
        }
        else if (s > threshold)
            resize();
        for (Map.Entry<? extends K, ? extends V> e : m.entrySet()) {
            K key = e.getKey();
            V value = e.getValue();
            putVal(hash(key), key, value, false, evict);
        }
    }
}

public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {
    if (initialCapacity < 0) // 容量不能为负数
        throw new IllegalArgumentException("Illegal initial capacity: " +
                                           initialCapacity);
    //当容量大于2^31就取最大值1<<31;                                        
    if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY)
        initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY;
    if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor))
        throw new IllegalArgumentException("Illegal load factor: " +
                                           loadFactor);
    this.loadFactor = loadFactor;
    //当前数组table的大小，一定是是2的幂次方
    // tableSizeFor保证了数组一定是是2的幂次方，是大于initialCapacity最结进的值。
    this.threshold = tableSizeFor(initialCapacity);
}

tableSizeFor()方法保证了数组大小一定是是2的幂次方,是如何实现的呢？

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;
}

该方法将一个二进制数第一位1后边的数字全部变成1，然后再加1，这样这个二进制数就一定是100…这样的形式。

2.7.3 put方法

开发人员使用的put方法：

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

真正put值的方法：

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;
    //当hash到的位置，该位置为null的时候，存放一个新node放入 
    // 这儿p赋值成了table该位置的node值
    if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
        tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
    else {
        Node<K,V> e; K k;
        //该位置第一个就是查找到的值，将p赋给e
        if (p.hash == hash &&
            ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
            e = p;
        //如果是红黑树，调用红黑树的putTreeVal方法    
        else if (p instanceof TreeNode)
            e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
        else {
        	//是链表，遍历，注意e = p.next这个一直将下一节点赋值给e，直到尾部，注意开头是++binCount
            for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
                if ((e = p.next) == null) {
                    p.next = newNode(hash, key, value, null);
                    //当链表长度大于等于7，插入第8位，树化
                    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;
}

2.7.4 查找方法

final Node<K,V> getNode(int hash, Object key) {
    Node<K,V>[] tab; Node<K,V> first, e; int n; K k;
    //先判断表不为空
    if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 &&
        //这一行是找到要查询的Key在table中的位置，table是存放HashMap中每一个Node的数组。
        (first = tab[(n - 1) & hash]) != null) {
        //Node可能是一个链表或者树，先判断根节点是否是要查询的key,就是根节点，方便后续遍历Node写法并且
        //对于只有根节点的Node直接判断
        if (first.hash == hash && // always check first node
            ((k = first.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
            return first;
        //有子节点
        if ((e = first.next) != null) {
            //红黑树查找
            if (first instanceof TreeNode)
                return ((TreeNode<K,V>)first).getTreeNode(hash, key);
            do {
                //链表查找
                if (e.hash == hash &&
                    ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                    return e;
            }
            //遍历链表，当链表后续为null则推出循环
            while ((e = e.next) != null);
        }
    }
    return null;
}

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