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java集合中HashMap原理详解

2017-2-24 13:01| 发布者: zhangjf| 查看: 1794| 评论: 0

摘要: 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 ...

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，HashMap内部会将其封装成一个对应的Entry对象，即Entry对象是键值对的组织形式；

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。

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组成的链表。HashMap中Entry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，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对象节点，需要遍历这个桶的Entry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对象节点就好了！

这样一来，桶中的Entry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中存储一对键值对流程---put()方法实现：

put()方法-向HashMap存储键值对

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链表，查找其中是否已经有了以Key值为Key存储的Entry对象，

c1. 若已存在，定位到对应的Entry,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 创建一个新的Entry对象，然后添加到这个桶的Entry链表的头部。

d. 当前的HashMap的大小(即Entry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排列。

详细流程如下列的代码所示：

[html] view plaincopyprint? /** * 将键值对存到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 e = table; e != null; e = e.next) { Object k; //5. 查找Entry链表中是否已经有了以Key值为Key存储的Entry对象, //已经存在,则将Value值覆盖到对应的Entry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 创建一个新的Entry对象，然后添加到这个桶的Entry链表的头部。 addEntry(hash, key, value, i); return null; } /** * Key 为null,则将Entry放置到第一桶table[0]中 */ private V putForNullKey(V value) { for (Entry 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. * 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) {
  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. }
  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. }
复制代码
[html] view plaincopyprint? /** * 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); }
  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. }
  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. }
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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，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。

[html] view plaincopyprint? /** * 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 e = src[j]; if (e != null) { src[j] = null; do { Entry next = e.next; int i = indexFor(e.hash, newCapacity); e.next = newTable; newTable = e; e = next; } while (e != null); } } }
  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. }
  24. Entry[] newTable = new Entry[newCapacity];
  25. transfer(newTable);
  26. table = newTable;
  27. threshold = (int)(newCapacity * loadFactor);
  28. }
  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. }
复制代码

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链表来查找Entry实例的过程中所使用的判断条件：

[html] view plaincopyprint? for (Entry e = table; e != null; e = e.next) { Object k; //5. 查找Entry链表中是否已经有了以Key值为Key存储的Entry对象, //已经存在,则将Value值覆盖到对应的Entry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; }
  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. }
复制代码

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：

[html] view plaincopyprint? 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;
  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 {
  10. private String employeeCode;
  11. private String name;
  13. public Employee(String employeeCode, String name) {
  14. this.employeeCode = employeeCode;
  15. this.name = name;
  16. }
  18. public String getEmployeeCode() {
  19. return employeeCode;
  20. }
  21. public String getName() {
  22. return name;
  23. }
  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. }
复制代码
[html] view plaincopyprint? 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()); } }
  1. package com.hash;
  2. import java.util.HashMap;
  5. public class Test {
  7. public static void main(String[] args) {
  8. Employee em1= new Employee("123","anndy");
  9. Employee em2= new Employee("123","anndy");
  10. boolean equals= em1.equals(em2);
  11. System.out.println("em1 equals em2 ? " +equals);
  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>
复制代码

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链表，查找其中是否已经有了以Key值为Key存储的Entry对象；

c1. 若已存在，定位到对应的Entry,返回value；

c2. 若不存在，返回null；

具体算法如下：

[html] view plaincopyprint? /** * 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 *

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.) * *

A return value of {@code null} does not necessarily * 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 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; }

  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. }
复制代码

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：

[html] view plaincopyprint? /** * 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 ?????? */ private V getForNullKey() { for (Entry e = table[0]; e != null; e = e.next) { if (e.key == null) return e.value; } return null; }
  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 ??????
  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. }
复制代码
[html] view plaincopyprint? /** * Key 为null,则将Entry放置到第一桶table[0]中 */ private V putForNullKey(V value) { for (Entry 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. * 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. }
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4. 键值对Entry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 对象在HashMap中的位置；

2. 由于Entry是一个链表元素，之后便是链表删除节点的操作了；

[html] view plaincopyprint? /** * 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 key, or * null if there was no mapping for key. * (A null return can also indicate that the map * previously associated null with key.) */ public V remove(Object key) { Entry 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 removeEntryForKey(Object key) { int hash = (key == null) ? 0 : hash(key.hashCode()); int i = indexFor(hash, table.length); Entry prev = table; Entry e = prev; while (e != null) { Entry next = e.next; Object k; if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) { modCount++; size--; if (prev == e) table = next; else prev.next = next; e.recordRemoval(this); return e; } prev = e; e = next; } return e; }
  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. }
  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;
  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. }
  47. return e;
  48. }
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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。




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