Java中HashMap底層原理原始碼分析

在介紹hashmap的同時，我會把它和hashtable以及concurrenthashmap的區別也說一下，不過本文主要是介紹hashmap，其實它們的原理差不多，都是陣列加鍊表的形式儲存資料，另外本文所介紹的都是jdk1.8版本的。在介紹之前，先看下map家族的繼承體系圖：

其中，treemap是基於樹實現的，其他三個都是雜湊表結構。

hashmap和hashtable的主要區別是：

1. hashtable是執行緒安全，而hashmap則非執行緒安全，hashtable的實現方法裡面大部分都新增了synchronized關鍵字來確保執行緒同步，因此相對而言hashmap效能會高一些，在多執行緒環境下若使用hashmap需要使用collections.synchronizedmap()方法來獲取乙個執行緒安全的集合。

2. hashmap的鍵和值都可以為null，而hashtable的鍵值都不能為null。

3. hashmap的初始容量為16，hashtable初始容量為11，兩者的填充因子預設都是0.75。hashmap擴充套件容量是當前容量翻倍即:capacity*2，hashtable擴充套件容量是容量翻倍+1即:capacity*2+1（關於擴容和填充因子後面會講）

4. 兩者的雜湊演算法不同，hashmap是先對key(鍵)求hashcode碼，然後再把這個碼值得高位和低位做異或運算，原始碼如下：

static final int hash(object key)

i = (n - 1) & hash

然後把hash（key）返回的雜湊值與hashmap的初始容量(也叫初始陣列的長度)減一做&（與運算）就可以計算出此鍵值對應該儲存到陣列的那個位置上(hash&（n-1）)。這裡為什麼不用key本身的hashcode方法，而又是右移動16位又是異或操作。開發人員這樣做的目的是什麼呢？我的理解是當陣列容量很小的時候，計算元素在陣列中的位置(n-1)&hash，只用到了hash值的低位，這樣當不同的hash值低位相同，高位不同的時候會產生衝突。實際上的hash值將hashcode低16位與高16位做異或運算，相當於混合了高位和低位，增加了隨機性。當然是衝突越少越好，元素的分布越隨機越好。

而hashtable計算位置的方式如下：

int hash = key.hashcode();
int index = (hash & 0x7fffffff) % tab.length;

直接計算key的雜湊碼，然後與2的31次方做&（與運算），然後對陣列長度取餘數計算位置。

hashmap訪問元素詳解

hashmap的儲存方式是雜湊表，那麼什麼是雜湊表，其實就是陣列+鍊錶。hashmap初始陣列長度為16。陣列的每個元素都儲存著煉表頭的位址(或者為null)，在向hashmap中put（key，value）的時候，先使用hash演算法計算雜湊值，然後再和陣列的長度減一做與運算。計算出此鍵值對應該儲存到陣列的那個位置上，如果此位置沒有元素，意思就是鍊錶的頭結點為null，那麼就新建乙個node結點，把key，value以及next儲存。node類原始碼如下：

static class nodeimplements map.entry
....
......
........
}

static final int default_initial_capacity = 1 << 4; // 預設初始陣列容量 16
static final int maximum_capacity = 1 << 30; //最大容量
static final float default_load_factor = 0.75f; //裝載因子預設0.75
static final int treeify_threshold = 8; //單鏈表結點個數超過8就轉成紅黑樹
int threshold; //閾值，超過此數，就進行擴充套件容量

下面看下hashmap儲存元素的大致情況：

現在看下put操作的原始碼解析：

現在看下get操作的原始碼解析：

Java中HashMap底層原理原始碼分析

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HashMap底層原理

HashMap 底層分析

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