【129期】看完這篇，再也不怕面試被問HashMap了~

程序員的成長之路

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作者：超大只烏龜
https://segmentfault.com/a/1190000022184751

總所周知 HashMap 是面試中經(jīng)常問到的一個知識點，也是判斷一個候選人基礎(chǔ)是否扎實的標(biāo)準(zhǔn)之一，因為通過?HashMap?可以引出很多知識點，比如數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(數(shù)組、鏈表、紅黑樹)、equals 和 hashcode?方法。

除此之外還可以引出線程安全的問題，HashMap?是我在初學(xué)階段學(xué)到的設(shè)計的最為巧妙的集合，里面有很多細(xì)節(jié)以及優(yōu)化技巧都值得我們深入學(xué)習(xí)，話不多說先看看相關(guān)的面試題：

? ?默認(rèn)大小、負(fù)載因子以及擴(kuò)容倍數(shù)是多少

? ?底層數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

? ?如何處理 hash 沖突的

? ?如何計算一個 key 的 hash 值

? ?數(shù)組長度為什么是 2 的冪次方

? ?擴(kuò)容、查找過程

如果上面的都能回答出來的話你就不需要看這篇文章了，那么開始進(jìn)入正文。

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

? ?在 JDK1.8 中，HashMap 是由數(shù)組+鏈表+紅黑樹構(gòu)成

? ?當(dāng)一個值中要存儲到 HashMap 中的時候會根據(jù) Key 的值來計算出他的 hash，通過 hash 值來確認(rèn)存放到數(shù)組中的位置，如果發(fā)生 hash 沖突就以鏈表的形式存儲，當(dāng)鏈表過長的話，HashMap 會把這個鏈表轉(zhuǎn)換成紅黑樹來存儲。

在看源碼之前我們需要先看看一些基本屬性

//默認(rèn)初始容量為16??
static?final?int?DEFAULT_INITIAL_CAPACITY?=?1?<4;??
//默認(rèn)負(fù)載因子為0.75??
static?final?float?DEFAULT_LOAD_FACTOR?=?0.75f;??
//Hash數(shù)組(在resize()中初始化)??
transient?Node[]?table;??
//元素個數(shù)??
transient?int?size;??
//容量閾值(元素個數(shù)超過該值會自動擴(kuò)容)??
int?threshold;

table 數(shù)組里面存放的是 Node 對象，Node 是 HashMap 的一個內(nèi)部類，用來表示一個 key-value，源碼如下：

static?class?Node<K,V>?implements?Map.Entry<K,V>?{??
????final?int?hash;??
????final?K?key;??
????V?value;??
????Node?next;??

????Node(int?hash,?K?key,?V?value,?Node?next)?{??
????????this.hash?=?hash;??
????????this.key?=?key;??
????????this.value?=?value;??
????????this.next?=?next;??
????}??

????public?final?K?getKey()????????{?return?key;?}??
????public?final?V?getValue()??????{?return?value;?}??
????public?final?String?toString()?{?return?key?+?"="?+?value;?}??
????public?final?int?hashCode()?{??
????????return?Objects.hashCode(key)?^?Objects.hashCode(value);//^表示相同返回0，不同返回1??
????????//Objects.hashCode(o)————>return?o?!=?null???o.hashCode()?:?0;??
????}??

????public?final?V?setValue(V?newValue)?{??
????????V?oldValue?=?value;??
????????value?=?newValue;??
????????return?oldValue;??
????}??

????public?final?boolean?equals(Object?o)?{??
????????if?(o?==?this)??
????????????return?true;??
????????if?(o?instanceof?Map.Entry)?{??
????????????Map.Entry?e?=?(Map.Entry)o;??
????????????//Objects.equals(1,b)————>?return?(a?==?b)?||?(a?!=?null?&&?a.equals(b));??
????????????if?(Objects.equals(key,?e.getKey())?&&?Objects.equals(value,?e.getValue()))??
????????????????return?true;??
????????}??
????????return?false;??
????}??
}

總結(jié)：

? ?默認(rèn)初始容量為 16，默認(rèn)負(fù)載因子為 0.75

? ?threshold = 數(shù)組長度 * loadFactor，當(dāng)元素個數(shù)超過threshold(容量閾值)時，HashMap 會進(jìn)行擴(kuò)容操作

? ?table 數(shù)組中存放指向鏈表的引用

這里需要注意的一點是 table 數(shù)組并不是在構(gòu)造方法里面初始化的，它是在 resize(擴(kuò)容)方法里進(jìn)行初始化的。

table 數(shù)組長度永遠(yuǎn)為 2 的冪次方

總所周知，HashMap 數(shù)組長度永遠(yuǎn)為 2 的冪次方(指的是 table 數(shù)組的大小)，那你有想過為什么嗎？

首先我們需要知道 HashMap 是通過一個名為 tableSizeFor 的方法來確保 HashMap 數(shù)組長度永遠(yuǎn)為2的冪次方的，源碼如下：

/*找到大于或等于?cap?的最小2的冪，用來做容量閾值*/??
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;??
}

tableSizeFor 的功能（不考慮大于最大容量的情況）是返回大于等于輸入?yún)?shù)且最近的 2 的整數(shù)次冪的數(shù)。比如 10，則返回 16。

該算法讓最高位的 1 后面的位全變?yōu)?1。最后再讓結(jié)果 n+1，即得到了 2 的整數(shù)次冪的值了。

讓 cap-1 再賦值給 n 的目的是另找到的目標(biāo)值大于或等于原值。例如二進(jìn)制 1000，十進(jìn)制數(shù)值為 8。如果不對它減1而直接操作，將得到答案 10000，即 16。顯然不是結(jié)果。減 1 后二進(jìn)制為 111，再進(jìn)行操作則會得到原來的數(shù)值 1000，即 8。通過一系列位運算大大提高效率。

那在什么地方會用到 tableSizeFor 方法呢？

答案就是在構(gòu)造方法里面調(diào)用該方法來設(shè)置 threshold，也就是容量閾值。

這里你可能又會有一個疑問：為什么要設(shè)置為 threshold 呢？

因為在擴(kuò)容方法里第一次初始化 table 數(shù)組時會將 threshold 設(shè)置數(shù)組的長度，后續(xù)在講擴(kuò)容方法時再介紹。

/*傳入初始容量和負(fù)載因子*/??
public?HashMap(int?initialCapacity,?float?loadFactor)?{??

????if?(initialCapacity?0)??
????????throw?new?IllegalArgumentException("Illegal?initial?capacity:?"?+initialCapacity);??
????if?(initialCapacity?>?MAXIMUM_CAPACITY)??
????????initialCapacity?=?MAXIMUM_CAPACITY;??
????if?(loadFactor?<=?0?||?Float.isNaN(loadFactor))??
????????throw?new?IllegalArgumentException("Illegal?load?factor:?"?+loadFactor);??

????this.loadFactor?=?loadFactor;??
????this.threshold?=?tableSizeFor(initialCapacity);??
}

那么為什么要把數(shù)組長度設(shè)計為 2 的冪次方呢？

我個人覺得這樣設(shè)計有以下幾個好處：

1. 當(dāng)數(shù)組長度為 2 的冪次方時，可以使用位運算來計算元素在數(shù)組中的下標(biāo)

HashMap 是通過 index=hash&(table.length-1) 這條公式來計算元素在 table 數(shù)組中存放的下標(biāo)，就是把元素的 hash 值和數(shù)組長度減1的值做一個與運算，即可求出該元素在數(shù)組中的下標(biāo)，這條公式其實等價于 hash%length，也就是對數(shù)組長度求模取余，只不過只有當(dāng)數(shù)組長度為 2 的冪次方時，hash&(length-1) 才等價于 hash%length，使用位運算可以提高效率。

2. 增加 hash 值的隨機(jī)性，減少 hash 沖突

如果 length 為 2 的冪次方，則 length-1 轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制必定是 11111……的形式，這樣的話可以使所有位置都能和元素 hash 值做與運算，如果是如果 length 不是 2 的次冪，比如 length 為 15，則 length-1 為 14，對應(yīng)的二進(jìn)制為 1110，在和 hash 做與運算時，最后一位永遠(yuǎn)都為 0 ，浪費空間。

擴(kuò)容

HashMap 每次擴(kuò)容都是建立一個新的 table 數(shù)組，長度和容量閾值都變?yōu)樵瓉淼膬杀?，然后把原?shù)組元素重新映射到新數(shù)組上，具體步驟如下：

1. 首先會判斷 table 數(shù)組長度，如果大于 0 說明已被初始化過，那么按當(dāng)前 table 數(shù)組長度的 2 倍進(jìn)行擴(kuò)容，閾值也變?yōu)樵瓉淼?2 倍

2. 若 table 數(shù)組未被初始化過，且 threshold(閾值)大于 0 說明調(diào)用了 HashMap(initialCapacity, loadFactor) 構(gòu)造方法，那么就把數(shù)組大小設(shè)為 threshold

3. 若 table 數(shù)組未被初始化，且 threshold 為 0 說明調(diào)用 HashMap() 構(gòu)造方法，那么就把數(shù)組大小設(shè)為 16，threshold 設(shè)為 16*0.75

4. 接著需要判斷如果不是第一次初始化，那么擴(kuò)容之后，要重新計算鍵值對的位置，并把它們移動到合適的位置上去，如果節(jié)點是紅黑樹類型的話則需要進(jìn)行紅黑樹的拆分。

這里有一個需要注意的點就是在 JDK1.8 HashMap 擴(kuò)容階段重新映射元素時不需要像 1.7 版本那樣重新去一個個計算元素的 hash 值，而是通過 hash & oldCap 的值來判斷，若為 0 則索引位置不變，不為 0 則新索引=原索引+舊數(shù)組長度，為什么呢？具體原因如下：

因為我們使用的是 2 次冪的擴(kuò)展(指長度擴(kuò)為原來 2 倍)，所以，元素的位置要么是在原位置，要么是在原位置再移動 2 次冪的位置。因此，我們在擴(kuò)充 HashMap 的時候，不需要像 JDK1.7 的實現(xiàn)那樣重新計算 hash，只需要看看原來的 hash 值新增的那個 bit 是 1 還是 0 就好了，是 0 的話索引沒變，是 1 的話索引變成“原索引 +oldCap

這點其實也可以看做長度為 2 的冪次方的一個好處，也是 HashMap 1.7 和 1.8 之間的一個區(qū)別，具體源碼如下：

/*擴(kuò)容*/??
final?Node[]?resize()?{??
????Node[]?oldTab?=?table;??
????int?oldCap?=?(oldTab?==?null)???0?:?oldTab.length;??
????int?oldThr?=?threshold;??
????int?newCap,?newThr?=?0;??

????//1、若oldCap>0?說明hash數(shù)組table已被初始化??
????if?(oldCap?>?0)?{??
????????if?(oldCap?>=?MAXIMUM_CAPACITY)?{??
????????????threshold?=?Integer.MAX_VALUE;??
????????????return?oldTab;??
????????}//按當(dāng)前table數(shù)組長度的2倍進(jìn)行擴(kuò)容，閾值也變?yōu)樵瓉淼?倍??
????????else?if?((newCap?=?oldCap?<1)?=?DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)??
????????????newThr?=?oldThr?<1;??
????}//2、若數(shù)組未被初始化，而threshold>0說明調(diào)用了HashMap(initialCapacity)和HashMap(initialCapacity,?loadFactor)構(gòu)造器??
????else?if?(oldThr?>?0)??
????????newCap?=?oldThr;//新容量設(shè)為數(shù)組閾值??
????else?{?//3、若table數(shù)組未被初始化，且threshold為0說明調(diào)用HashMap()構(gòu)造方法??
????????newCap?=?DEFAULT_INITIAL_CAPACITY;//默認(rèn)為16??
????????newThr?=?(int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR?*?DEFAULT_INITIAL_CAPACITY);//16*0.75??
????}??

????//若計算過程中，閾值溢出歸零，則按閾值公式重新計算??
????if?(newThr?==?0)?{??
????????float?ft?=?(float)newCap?*?loadFactor;??
????????newThr?=?(newCap?float)MAXIMUM_CAPACITY????
??????????????????(int)ft?:?Integer.MAX_VALUE);??
????}??
????threshold?=?newThr;??
????//創(chuàng)建新的hash數(shù)組，hash數(shù)組的初始化也是在這里完成的??
????Node[]?newTab?=?(Node[])new?Node[newCap];??
????table?=?newTab;??
????//如果舊的hash數(shù)組不為空，則遍歷舊數(shù)組并映射到新的hash數(shù)組??
????if?(oldTab?!=?null)?{??
????????for?(int?j?=?0;?j?????????????Node?e;??
????????????if?((e?=?oldTab[j])?!=?null)?{??
????????????????oldTab[j]?=?null;//GC??
????????????????if?(e.next?==?null)//如果只鏈接一個節(jié)點，重新計算并放入新數(shù)組??
????????????????????newTab[e.hash?&?(newCap?-?1)]?=?e;??
????????????????//若是紅黑樹，則需要進(jìn)行拆分??
????????????????else?if?(e?instanceof?TreeNode)??
????????????????????((TreeNode)e).split(this,?newTab,?j,?oldCap);??
????????????????else?{??
????????????????????//rehash————>重新映射到新數(shù)組??
????????????????????Node?loHead?=?null,?loTail?=?null;??
????????????????????Node?hiHead?=?null,?hiTail?=?null;??
????????????????????Node?next;??
????????????????????do?{??
????????????????????????next?=?e.next;??
????????????????????????/*注意這里使用的是：e.hash & oldCap，若為0則索引位置不變，不為0則新索引=原索引+舊數(shù)組長度*/??
????????????????????????if?((e.hash?&?oldCap)?==?0)?{??
????????????????????????????if?(loTail?==?null)??
????????????????????????????????loHead?=?e;??
????????????????????????????else??
????????????????????????????????loTail.next?=?e;??
????????????????????????????loTail?=?e;??
????????????????????????}??
????????????????????????else?{??
????????????????????????????if?(hiTail?==?null)??
????????????????????????????????hiHead?=?e;??
????????????????????????????else??
????????????????????????????????hiTail.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;??
}

在擴(kuò)容方法里面還涉及到有關(guān)紅黑樹的幾個知識點：

鏈表樹化

指的就是把鏈表轉(zhuǎn)換成紅黑樹，樹化需要滿足以下兩個條件：

• 鏈表長度大于等于 8

• table 數(shù)組長度大于等于 64

為什么 table 數(shù)組容量大于等于 64 才樹化？

因為當(dāng) table 數(shù)組容量比較小時，鍵值對節(jié)點 hash 的碰撞率可能會比較高，進(jìn)而導(dǎo)致鏈表長度較長。這個時候應(yīng)該優(yōu)先擴(kuò)容，而不是立馬樹化。

紅黑樹拆分

拆分就是指擴(kuò)容后對元素重新映射時，紅黑樹可能會被拆分成兩條鏈表。

由于篇幅有限，有關(guān)紅黑樹這里就不展開了。

查找

HashMap 的查找是非常快的，要查找一個元素首先得知道 key 的 hash 值，在 HashMap 中并不是直接通過 key 的 hashcode 方法獲取哈希值，而是通過內(nèi)部自定義的 hash 方法計算哈希值，我們來看看其實現(xiàn)：

static?final?int?hash(Object?key)?{??
????int?h;??
????return?(key?==?null)???0?:?(h?=?key.hashCode())?^?(h?>>>?16);??
}

(h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16) 是為了讓高位數(shù)據(jù)與低位數(shù)據(jù)進(jìn)行異或，變相的讓高位數(shù)據(jù)參與到計算中，int 有 32 位，右移 16 位就能讓低 16 位和高 16 位進(jìn)行異或，也是為了增加 hash 值的隨機(jī)性。

知道如何計算 hash 值后我們來看看 get 方法

public?V?get(Object?key)?{??
????Node?e;??
????return?(e?=?getNode(hash(key),?key))?==?null???null?:?e.value;//hash(key)不等于key.hashCode??
}??

final?Node?getNode(int?hash,?Object?key)?{??
????Node[]?tab;?//指向hash數(shù)組??
????Node?first,?e;?//first指向hash數(shù)組鏈接的第一個節(jié)點，e指向下一個節(jié)點??
????int?n;//hash數(shù)組長度??
????K?k;??
????/*(n?-?1)?&?hash?————>根據(jù)hash值計算出在數(shù)組中的索引index（相當(dāng)于對數(shù)組長度取模，這里用位運算進(jìn)行了優(yōu)化）*/??
????if?((tab?=?table)?!=?null?&&?(n?=?tab.length)?>?0?&&?(first?=?tab[(n?-?1)?&?hash])?!=?null)?{??
????????//基本類型用==比較，其它用euqals比較??
????????if?(first.hash?==?hash?&&?((k?=?first.key)?==?key?||?(key?!=?null?&&?key.equals(k))))??
????????????return?first;??
????????if?((e?=?first.next)?!=?null)?{??
????????????//如果first是TreeNode類型，則調(diào)用紅黑樹查找方法??
????????????if?(first?instanceof?TreeNode)??
????????????????return?((TreeNode)first).getTreeNode(hash,?key);??
????????????do?{//向后遍歷??
????????????????if?(e.hash?==?hash?&&?((k?=?e.key)?==?key?||?(key?!=?null?&&?key.equals(k))))??
????????????????????return?e;??
????????????}?while?((e?=?e.next)?!=?null);??
????????}??
????}??
????return?null;??
}`

這里要注意的一點就是在 HashMap 中用 (n - 1) & hash 計算 key 所對應(yīng)的索引 index（相當(dāng)于對數(shù)組長度取模，這里用位運算進(jìn)行了優(yōu)化），這點在上面已經(jīng)說過了，就不再廢話了。

插入

我們先來看看插入元素的步驟：

1. 當(dāng) table 數(shù)組為空時，通過擴(kuò)容的方式初始化 table

2. 通過計算鍵的 hash 值求出下標(biāo)后，若該位置上沒有元素(沒有發(fā)生 hash 沖突)，則新建 Node 節(jié)點插入

3. 若發(fā)生了 hash 沖突，遍歷鏈表查找要插入的 key 是否已經(jīng)存在，存在的話根據(jù)條件判斷是否用新值替換舊值

4. 如果不存在，則將元素插入鏈表尾部，并根據(jù)鏈表長度決定是否將鏈表轉(zhuǎn)為紅黑樹

5. 判斷鍵值對數(shù)量是否大于閾值，大于的話則進(jìn)行擴(kuò)容操作

先看完上面的流程，再來看源碼會簡單很多，源碼如下：

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

final?V?putVal(int?hash,?K?key,?V?value,?boolean?onlyIfAbsent,boolean?evict)?{??
????Node[]?tab;//指向hash數(shù)組??
????Node?p;//初始化為table中第一個節(jié)點??
????int?n,?i;//n為數(shù)組長度，i為索引??

????//tab被延遲到插入新數(shù)據(jù)時再進(jìn)行初始化??
????if?((tab?=?table)?==?null?||?(n?=?tab.length)?==?0)??
????????n?=?(tab?=?resize()).length;??
????//如果數(shù)組中不包含Node引用，則新建Node節(jié)點存入數(shù)組中即可??
????if?((p?=?tab[i?=?(n?-?1)?&?hash])?==?null)??
????????tab[i]?=?newNode(hash,?key,?value,?null);//new?Node<>(hash,?key,?value,?next)??
????else?{??
????????Node?e;?//如果要插入的key-value已存在，用e指向該節(jié)點??
????????K?k;??
????????//如果第一個節(jié)點就是要插入的key-value，則讓e指向第一個節(jié)點（p在這里指向第一個節(jié)點）??
????????if?(p.hash?==?hash?&&?((k?=?p.key)?==?key?||?(key?!=?null?&&?key.equals(k))))??
????????????e?=?p;??
????????//如果p是TreeNode類型，則調(diào)用紅黑樹的插入操作（注意：TreeNode是Node的子類）??
????????else?if?(p?instanceof?TreeNode)??
????????????e?=?((TreeNode)p).putTreeVal(this,?tab,?hash,?key,?value);??
????????else?{??
????????????//對鏈表進(jìn)行遍歷，并用binCount統(tǒng)計鏈表長度??
????????????for?(int?binCount?=?0;?;?++binCount)?{??
????????????????//如果鏈表中不包含要插入的key-value，則將其插入到鏈表尾部??
????????????????if?((e?=?p.next)?==?null)?{??
????????????????????p.next?=?newNode(hash,?key,?value,?null);??
????????????????????//如果鏈表長度大于或等于樹化閾值，則進(jìn)行樹化操作??
????????????????????if?(binCount?>=?TREEIFY_THRESHOLD?-?1)??
????????????????????????treeifyBin(tab,?hash);??
????????????????????break;??
????????????????}??
????????????????//如果要插入的key-value已存在則終止遍歷，否則向后遍歷??
????????????????if?(e.hash?==?hash?&&?((k?=?e.key)?==?key?||?(key?!=?null?&&?key.equals(k))))??
????????????????????break;??
????????????????p?=?e;??
????????????}??
????????}??
????????//如果e不為null說明要插入的key-value已存在??
????????if?(e?!=?null)?{??
????????????V?oldValue?=?e.value;??
????????????//根據(jù)傳入的onlyIfAbsent判斷是否要更新舊值??
????????????if?(!onlyIfAbsent?||?oldValue?==?null)??
????????????????e.value?=?value;??
????????????afterNodeAccess(e);??
????????????return?oldValue;??
????????}??
????}??
????++modCount;??
????//鍵值對數(shù)量超過閾值時，則進(jìn)行擴(kuò)容??
????if?(++size?>?threshold)??
????????resize();??
????afterNodeInsertion(evict);//也是空函數(shù)？回調(diào)？不知道干嘛的??
????return?null;??
}

從源碼也可以看出 table 數(shù)組是在第一次調(diào)用 put 方法后才進(jìn)行初始化的。

刪除

HashMap 的刪除操作并不復(fù)雜，僅需三個步驟即可完成。

1. 定位桶位置

2. 遍歷鏈表找到相等的節(jié)點

3. 第三步刪除節(jié)點

public?V?remove(Object?key)?{??
????Node?e;??
????return?(e?=?removeNode(hash(key),?key,?null,?false,?true))?==?null???null?:?e.value;??
}??

final?Node?removeNode(int?hash,?Object?key,?Object?value,boolean?matchValue,?boolean?movable)?{??
????Node[]?tab;??
????Node?p;??
????int?n,?index;??
????//1、定位元素桶位置??
????if?((tab?=?table)?!=?null?&&?(n?=?tab.length)?>?0?&&?(p?=?tab[index?=?(n?-?1)?&?hash])?!=?null)?{??
????????Node?node?=?null,?e;??
????????K?k;??
????????V?v;??
????????//?如果鍵的值與鏈表第一個節(jié)點相等，則將?node?指向該節(jié)點??
????????if?(p.hash?==?hash?&&?((k?=?p.key)?==?key?||?(key?!=?null?&&?key.equals(k))))??
????????????node?=?p;??
????????else?if?((e?=?p.next)?!=?null)?{??
????????????//?如果是?TreeNode?類型，調(diào)用紅黑樹的查找邏輯定位待刪除節(jié)點??
????????????if?(p?instanceof?TreeNode)??
????????????????node?=?((TreeNode)p).getTreeNode(hash,?key);??
????????????else?{??
????????????????//?2、遍歷鏈表，找到待刪除節(jié)點??
????????????????do?{??
????????????????????if?(e.hash?==?hash?&&?((k?=?e.key)?==?key?||?(key?!=?null?&&?key.equals(k))))?{??
????????????????????????node?=?e;??
????????????????????????break;??
????????????????????}??
????????????????????p?=?e;??
????????????????}?while?((e?=?e.next)?!=?null);??
????????????}??
????????}??
????????//?3、刪除節(jié)點，并修復(fù)鏈表或紅黑樹??
????????if?(node?!=?null?&&?(!matchValue?||?(v?=?node.value)?==?value?||?(value?!=?null?&&?value.equals(v))))?{??
????????????if?(node?instanceof?TreeNode)??
????????????????((TreeNode)node).removeTreeNode(this,?tab,?movable);??
????????????else?if?(node?==?p)??
????????????????tab[index]?=?node.next;??
????????????else??
????????????????p.next?=?node.next;??
????????????++modCount;??
????????????--size;??
????????????afterNodeRemoval(node);??
????????????return?node;??
????????}??
????}??
????return?null;??
}

注意：刪除節(jié)點后可能破壞了紅黑樹的平衡性質(zhì)，removeTreeNode 方法會對紅黑樹進(jìn)行變色、旋轉(zhuǎn)等操作來保持紅黑樹的平衡結(jié)構(gòu)，這部分比較復(fù)雜。

遍歷

在工作中 HashMap 的遍歷操作也是非常常用的，也許有很多小伙伴喜歡用 for-each 來遍歷，但是你知道其中有哪些坑嗎？

看下面的例子，當(dāng)我們在遍歷 HashMap 的時候，若使用 remove 方法刪除元素時會拋出 ConcurrentModificationException 異常

Map?map?=?new?HashMap<>();??
map.put("1",?1);??
map.put("2",?2);??
map.put("3",?3);??
for?(String?s?:?map.keySet())?{??
????if?(s.equals("2"))??
????????map.remove("2");??
}

這就是常說的 fail-fast(快速失敗)機(jī)制，這個就需要從一個變量說起

transient?int?modCount;

在 HashMap 中有一個名為 modCount 的變量，它用來表示集合被修改的次數(shù)，修改指的是插入元素或刪除元素，可以回去看看上面插入刪除的源碼，在最后都會對 modCount 進(jìn)行自增。

當(dāng)我們在遍歷 HashMap 時，每次遍歷下一個元素前都會對 modCount 進(jìn)行判斷，若和原來的不一致說明集合結(jié)果被修改過了，然后就會拋出異常，這是 Java 集合的一個特性，我們這里以 keySet 為例，看看部分相關(guān)源碼：

public?Set?keySet()?{??
????Set?ks?=?keySet;??
????if?(ks?==?null)?{??
????????ks?=?new?KeySet();??
????????keySet?=?ks;??
????}??
????return?ks;??
}??

final?class?KeySet?extends?AbstractSet<K>?{??
????public?final?Iterator?iterator()?????{?return?new?KeyIterator();?}??
????//?省略部分代碼??
}??

final?class?KeyIterator?extends?HashIterator?implements?Iterator<K>?{??
????public?final?K?next()?{?return?nextNode().key;?}??
}??

/*HashMap迭代器基類，子類有KeyIterator、ValueIterator等*/??
abstract?class?HashIterator?{??
????Node?next;????????//下一個節(jié)點??
????Node?current;?????//當(dāng)前節(jié)點??
????int?expectedModCount;??//修改次數(shù)??
????int?index;?????????????//當(dāng)前索引??
????//無參構(gòu)造??
????HashIterator()?{??
????????expectedModCount?=?modCount;??
????????Node[]?t?=?table;??
????????current?=?next?=?null;??
????????index?=?0;??
????????//找到第一個不為空的桶的索引??
????????if?(t?!=?null?&&?size?>?0)?{??
????????????do?{}?while?(index?null);??
????????}??
????}??
????//是否有下一個節(jié)點??
????public?final?boolean?hasNext()?{??
????????return?next?!=?null;??
????}??
????//返回下一個節(jié)點??
????final?Node?nextNode()?{??
????????Node[]?t;??
????????Node?e?=?next;??
????????if?(modCount?!=?expectedModCount)??
????????????throw?new?ConcurrentModificationException();//fail-fast??
????????if?(e?==?null)??
????????????throw?new?NoSuchElementException();??
????????//當(dāng)前的鏈表遍歷完了就開始遍歷下一個鏈表??
????????if?((next?=?(current?=?e).next)?==?null?&&?(t?=?table)?!=?null)?{??
????????????do?{}?while?(index?null);??
????????}??
????????return?e;??
????}??
????//刪除元素??
????public?final?void?remove()?{??
????????Node?p?=?current;??
????????if?(p?==?null)??
????????????throw?new?IllegalStateException();??
????????if?(modCount?!=?expectedModCount)??
????????????throw?new?ConcurrentModificationException();??
????????current?=?null;??
????????K?key?=?p.key;??
????????removeNode(hash(key),?key,?null,?false,?false);//調(diào)用外部的removeNode??
????????expectedModCount?=?modCount;??
????}??
}

相關(guān)代碼如下，可以看到若 modCount 被修改了則會拋出 ConcurrentModificationException 異常。

if?(modCount?!=?expectedModCount)??
????throw?new?ConcurrentModificationException();

那么如何在遍歷時刪除元素呢？

我們可以看看迭代器自帶的 remove 方法，其中最后兩行代碼如下：

`removeNode(hash(key),?key,?null,?false,?false);//調(diào)用外部的removeNode??
expectedModCount?=?modCount;`

意思就是會調(diào)用外部 remove 方法刪除元素后，把 modCount 賦值給 expectedModCount，這樣的話兩者一致就不會拋出異常了，所以我們應(yīng)該這樣寫：

Map?map?=?new?HashMap<>();??
map.put("1",?1);??
map.put("2",?2);??
map.put("3",?3);??
Iterator?iterator?=?map.keySet().iterator();??
while?(iterator.hasNext()){??
????if?(iterator.next().equals("2"))??
????????iterator.remove();??
}

這里還有一個知識點就是在遍歷 HashMap 時，我們會發(fā)現(xiàn)遍歷的順序和插入的順序不一致，這是為什么？

在 HashIterator 源碼里面可以看出，它是先從桶數(shù)組中找到包含鏈表節(jié)點引用的桶。然后對這個桶指向的鏈表進(jìn)行遍歷。遍歷完成后，再繼續(xù)尋找下一個包含鏈表節(jié)點引用的桶，找到繼續(xù)遍歷。找不到，則結(jié)束遍歷。這就解釋了為什么遍歷和插入的順序不一致，不懂的同學(xué)請看下圖：

equasl 和 hashcode

為什么添加到 HashMap 中的對象需要重寫 equals() 和 hashcode() 方法？

簡單看個例子，這里以 Person 為例：

public?class?Person?{??
????Integer?id;??
????String?name;??

????public?Person(Integer?id,?String?name)?{??
????????this.id?=?id;??
????????this.name?=?name;??
????}??

????@Override??
????public?boolean?equals(Object?obj)?{??
????????if?(obj?==?null)?return?false;??
????????if?(obj?==?this)?return?true;??
????????if?(obj?instanceof?Person)?{??
????????????Person?person?=?(Person)?obj;??
????????????if?(this.id?==?person.id)??
????????????????return?true;??
????????}??
????????return?false;??
????}??

????public?static?void?main(String[]?args)?{??
????????Person?p1?=?new?Person(1,?"aaa");??
????????Person?p2?=?new?Person(1,?"bbb");??
????????HashMap?map?=?new?HashMap<>();??
????????map.put(p1,?"這是p1");??
????????System.out.println(map.get(p2));??
????}??
}

?原生的 equals 方法是使用 == 來比較對象的
?原生的 hashCode 值是根據(jù)內(nèi)存地址換算出來的一個值

Person 類重寫 equals 方法來根據(jù) id 判斷是否相等，當(dāng)沒有重寫 hashcode 方法時，插入 p1 后便無法用 p2 取出元素，這是因為 p1 和 p2 的哈希值不相等。

HashMap 插入元素時是根據(jù)元素的哈希值來確定存放在數(shù)組中的位置，因此HashMap 的 key 需要重寫 equals 和 hashcode 方法。

總結(jié)

本文描述了 HashMap 的實現(xiàn)原理，并結(jié)合源碼做了進(jìn)一步的分析，后續(xù)有空的話會聊聊有關(guān) HashMap 的線程安全問題，希望本篇文章能幫助到大家，同時也歡迎討論指正，謝謝支持！

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