浅析HashMap的结构

哈希表是一种以键 - 值（key-value）存储数据的结构，我们只要输入待查找的值的key，就可以找到其对应的值即 Value。

HashMap的设计十分精巧，本文不作深入分析，只简要描述HashMap的原理。

HashMap的结构是一个entry数组，每一个entry节点在数组中的位置由entry节点中的key来决定，即用一个哈希函数把 key 换算成一个确定的位置，然后把 value 放在数组的这个位置。

了解哈希数组的同学都知道，【不同元素的哈希映射有可能是相同的，意味着两个完全不同的元素，是有可能会映射到相同的位置上】。

HashMap的做法是：将新元素放在已有元素的尾端。因此，entry节点的类型实际上是一个链表结构：

如图所示：

结论：

当链表的长度 >= 7 ，且entry数组长度 < 64 时，此时会优先选择扩容，(不转红黑树)。
只有当链表的长度 >= 7，且entry数组的长度 >= 64 时，才会将链表转为红黑树。
当该entry节点的长度小于等于6了，则将它的红黑树转回为链表结构；

Hashmap源码-3个初始化方法：

1）链表与红黑树互相转化的阀值：

    //将链表转化为红黑树的阀值
    static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8;

    //将红黑树转回为链表的阀值
    static final int UNTREEIFY_THRESHOLD = 6;

    //将链表转为红黑树的最小entry数组的长度为 64
    //当链表的长度 >= 7，且entry数组的长度>= 64时，才会将链表转为红黑树。
    static final int MIN_TREEIFY_CAPACITY = 64;

2） Map的默认初始化容量以及容量极限：

    //HashMap默认的初始容量大小--16，容量必须是2的幂
    static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; // aka 16

    //HashMap的容量极限，为2的30次幂；
    static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;

3）默认负载因子、实际元素数量：

    //负载因子的默认大小，
    //元素的数量/容量得到的实际负载数值与负载因子进行对比，来决定容量的大小以及是否扩容；
    static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;

    //HashMap的实际元素数量
    transient int size;

4）table——Entry数组；


    //Node是Map.Entry接口的实现类，可以将这个table理解为是一个entry数组；
    //每一个Node即entry，本质都是一个单向链表
    transient Node<K,V>[] table;

5）Map已经修改的次数、下一次扩容的大小、存储负载因子的常量：

    //HashMap已在结构上修改的次数 结构修改是指更改 HashMap 中的映射数量或以其他方式修改其内部结构（例如，重新散列）的那些
    transient int modCount;

    //下一次HashMap扩容的阀值大小，如果尚未扩容，则该字段保存初始entry数组的容量，或用零表示
    int threshold;

    //存储负载因子的常量，初始化的时候将默认的负载因子赋值给它；
    final float loadFactor;

什么是Map已经修改的次数？

6）构造函数1——默认的无参构造函数：

将默认的负载因子0.75f 传给存储负载因子的常量；

    //默认的构造函数
    public HashMap() {
        //将默认的负载因子0.75f传给存储负载因子的常量
        this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR; 
    }

7）构造函数2——带指定容量参数的构造函数

将默认的负载因子0.75f当做负载因子常量，连同用户传入的容量参数，一起传给两个参数都带的构造函数，并调用之。

    //带指定容量参数的构造函数
    public HashMap(int initialCapacity) {
        this(initialCapacity, DEFAULT_LOAD_FACTOR);
    }

8）构造函数3——带指定容量大小和负载因子大小参数的构造函数

//带指定容量大小和负载因子大小参数的构造函数
public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {
	//指定的容量大小不可以小于0,否则将抛出IllegalArgumentException异常
	if (initialCapacity < 0)
		throw new IllegalArgumentException("Illegal initial capacity: " +
										   initialCapacity);
	 //判定指定的容量大小是否大于HashMap的容量极限
	if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY)
		initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY;
	 //指定的负载因子不可以小于0或为Null，否则将抛出IllegalArgumentException异常
	if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor))
		throw new IllegalArgumentException("Illegal load factor: " +
										   loadFactor);
	//传入用户指定的负载因子 
	this.loadFactor = loadFactor;
	
    //Map扩容的阀值大小
	//tableSizeFor方法用于查找到距离容量initialCapacity最近的2次幂值；
	this.threshold = tableSizeFor(initialCapacity);
}

9）tableSizeFor()方法：

在刚才的构造函数中，我们看到了tableSizeFor()这一个方法，将容量参数传进去，返回结果赋值给threshold 。

看源码：

 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;
 }

可以看出，其实代码很简单，就是对容量cap进行了几次无符号右移的操作，最后返回。

那么这个方法的目的和作用是什么呢？

这个方法的作用是：用于查找距离容量cap最近的2次幂值，比如：

cap是5~7，那么该方法的返回结果就是8；
cap是9~15，那么该方法的返回结果就是16；
cap是17~31，那么该方法的返回结果就是32；
以此类推...

10）构造函数4——传入一个Map集合的构造函数：

//传入一个Map集合,将Map集合中元素Map.Entry全部添加进HashMap实例中
public HashMap(Map<? extends K, ? extends V> m) {
	this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR;
	//此构造方法主要实现了Map.putAll()
	putMapEntries(m, false);
}