HashMap的底层结构

HashMap是基于分离链表法解决散列冲突的动态散列表。

1、在jdk7中，使用的是“数组 + 链表”，发生散列冲突的时候键值对会用头插法添加到单链表中；

2、在jdk8中，使用的是“数组 + 链表 + 红黑树”，发生散列冲突的时候会使用尾插法添加到单链表中。如果链表的长度大于8且散列表容量大于64的时候，会将链表树化为红黑树。在扩容再散列时，如果红黑树的长度低于6则会还原为链表。

     1）HashMap的数组长度保证是2的整数次幂，且默认数组容量是16，默认装载因子是0.75，扩容阈值是12，树化阈值是8（当一个桶中的元素个数大于等于8时进行树化），还原阈值是6（当一个桶中的元素个数小于等于6时把树转化为链表）。2）hashmap的 key 和 value 都支持null，key为null的键值对会直接映射到数组下表为0的桶中（因为null的hash值是0，取余映射到数组下标后也是table[0]的桶）。3）首次加入数据如果数组为空，则扩容，默认数组容量是16；数组容量到达阈值（12-24...）会扩容至原来容量2倍；链表长度大于8且数组容量小于64时，同样会扩容至原来容量2倍，数组容量到64时则会树化。 

源码分析

1、putVal 存放数据

final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,boolean evict) {HashMap.Node<K, V>[] tab;HashMap.Node<K, V> p;int n, i;if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)// 如果数组为null或长度为0，则进行扩容：首次扩容数组长度为16，阈值为12n = (tab = resize()).length;if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)// 如果数组 tab[i]位置上是null，则将加入的 key-value 放入此数组节点tab[i] = newNode(hash, key, value, null);else {// 数组 tab[i]位置上有值，即 pHashMap.Node<K, V> e;K k;if (p.hash == hash &&((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))// tab[i]上元素的hash值和key值 和 新加入元素的hash值 key值都相同; 则 p保存到e中用于后续修改value值e = p;else if (p instanceof TreeNode) // 红黑树节点情况e = ((HashMap.TreeNode<K, V>) p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);else {  // 单链表情况，尾插for (int binCount = 0; ; ++binCount) {if ((e = p.next) == null) { // p的下一节点是空的，则尾插新元素p.next = newNode(hash, key, value, null);if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1)// 链表上大于8个元素了，树化（数组长度大于64后，才开始树化，否则仅扩容16-32-64）treeifyBin(tab, hash);break;}if (e.hash == hash &&((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))// 新加入的元素 和 单链表上元素 hash、key值都相同break;p = e; // 前有e = p.next,即 p指向p的下一个节点}}if (e != null) { // e不为空，则新加入的元素 hash、key 都重复了，则新值替换旧值V oldValue = e.value;if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)e.value = value;// 访问节点回调（用于 LinkedHashMap，默认为空实现）afterNodeAccess(e);return oldValue;}}++modCount;if (++size > threshold)// hashmap的元素个数大于阈值（12-24....）时，则进行扩容, 扩容后长度是原来长度的两倍resize();afterNodeInsertion(evict);return null;}

2、扩容

final Node<K,V>[] resize() {// 定义 旧数组 变量Node<K,V>[] oldTab = table;// 如果数组为 null 则旧容量置为0// 如数组不为 null 则旧容量为置为 数组的长度（划重点：数组的长度）int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length;// 定义 旧扩容阈值 变量int oldThr = threshold;// 定义 新容量 新扩容阈值 变量为 0int newCap, newThr = 0;// 1、第一步// 如果旧容量 > 0（表示不是第一次添加元素，数组里面有元素）if (oldCap > 0) {// 极端情况：// 如果旧容量 >= 最大容量，则此时无法扩容，将扩容阈值设置为整数最大值，直接返回旧容量// static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) {threshold = Integer.MAX_VALUE;return oldTab;}// 普通情况：// oldCap << 1 旧容量扩容为原来的两倍// （新容量 < 最大容量） 且 （旧容量 >= 默认容量）else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY &&oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)// 扩容阈值扩大为原来的两倍newThr = oldThr << 1; // double threshold}// 使用非无参构造方法创建的map，第一次插入元素会走到这里else if (oldThr > 0)// 初始化容量 置为 扩容阈值newCap = oldThr;// 调用无参构造方法创建的map，第一次插入元素会走到这里else {// static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; // aka 16// 新容量 默认为 16newCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY;// 新扩容阈值 = 默认装载因子 * 默认初始化容量newThr = (int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY);}// 带初始容量和负载因子的构造方法走这里if (newThr == 0) {// 使用容量乘以负载因子计算扩容阈值float ft = (float)newCap * loadFactor;newThr = (newCap < MAXIMUM_CAPACITY && ft < (float)MAXIMUM_CAPACITY ?(int)ft : Integer.MAX_VALUE);}// 最终计算的扩容阈值threshold = newThr;// 2、第二步// 使用新容量 创建新数组Node<K,V>[] newTab = (Node<K,V>[])new Node[newCap];table = newTab;// 如果旧数组不等于 null，则将旧数组上的键值对 再散列到新数组上if (oldTab != null) {// 遍历旧数组上的每个桶for (int j = 0; j < oldCap; ++j) {Node<K,V> e;// 如果此下标处的桶不为nullif ((e = oldTab[j]) != null) {// 传递给 e 后，置为空oldTab[j] = null;// 如果这个桶中只有一个元素if (e.next == null)// 则计算它在新桶中的位置并把它搬移到新桶中（也就是 直接再散列）newTab[e.hash & (newCap - 1)] = e;// 如果是红黑树else if (e instanceof TreeNode)// 以红黑树的方式再散列((TreeNode<K,V>)e).split(this, newTab, j, oldCap);// 以链表的形式再散列else { // preserve orderNode<K,V> loHead = null, loTail = null;Node<K,V> hiHead = null, hiTail = null;Node<K,V> next;do {next = e.next;// 如果元素的哈希值与旧数组长度的按位与运算结果为0，将元素添加到低位链表中。// 如果低位链表为空，将该元素作为链表的头节点，否则将该元素添加到低位链表的尾部。if ((e.hash & oldCap) == 0) {if (loTail == null)loHead = e;elseloTail.next = e;loTail = e;}// 如果元素的哈希值与旧数组长度的按位与运算结果不为0，将元素添加到高位链表中。// 如果高位链表为空，将该元素作为链表的头节点，否则将该元素添加到高位链表的尾部。else {if (hiTail == null)hiHead = e;elsehiTail.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;}