前言
由于Java 1.7和Java 1.8的HashMap的HashMap中的put()和get()方法在实现上差异很大，所以本文将于分别分析这两个版本的put()和get()f方法
下面将会分析这部分的源码，如果觉得源码分析内容太啰嗦，可以跳过源码部分，直接看源码下面的总结。
put()方法源码分析
HashMap的put()方法是我们最常用的方法，但是put()方法是怎么工作的呢？
Java 1.7
put()方法
public V put(K key, V value) {
if (key == null)// 处理key为null的情况
return putForNullKey(value);
// 计算key的hash值
int hash = hash(key);
// 计算命中table的索引
int i = indexFor(hash, table.length);
// 遍历命中的链表
for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) {
Object k;
// 存在key和hash值相同则替换value
if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {
V oldValue = e.value;
e.value = value;
e.recordAccess(this);
return oldValue;
}
}
// 记录结构性变化
modCount++;
// 增加新链表
addEntry(hash, key, value, i);
// 上一次节点不存在，返回null
return null;
}put()方法实际上是
- 若
key为null时，直接调用putForNullKey()方法。否则进入下一步 - 调用
hash()方法获取key的hash值，进入下一步 - 调用
indexFor()计算命中的散列表table的索引 - 遍历链表，如果链表不存在或链表不存在
key和hash值相同的节点，则创建新的链表或尾部添加节点，否则替换对应节点的value
putForNullKey()
private V putForNullKey(V value) {
// 遍历链表，但是命中的散列表的索引和key的hash值为0
// 后续逻辑与`put()`类似
for (Entry<K,V> 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;
}putForNullKey只是将命中散列表table的索引和key的hash值都设置为0，其他逻辑与put()方法后续的逻辑一致。
indexFor()方法
/**
* 计算命中散列表的索引
*/
static int indexFor(int h, int length) {
// 等价于length%h
return h & (length-1);
}hash()方法
/**
* hash值计算方法
*/
final int hash(Object k) {
int h = 0;
// 使用替代的hash方法
if (useAltHashing) {
if (k instanceof String) {
// 为字符串则使用特定的hash方法
return sun.misc.Hashing.stringHash32((String) k);
}
// 使用特定的hash种子计算hash值
h = hashSeed;
}
h ^= k.hashCode();
// 这部分代码是为了减少哈希碰撞
h ^= (h >>> 20) ^ (h >>> 12);
return h ^ (h >>> 7) ^ (h >>> 4);
}addEntry()方法
void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
// 判断散列表是否需要扩容或者未初始化
if ((size >= threshold) && (null != table[bucketIndex])) {
// 散列表扩容为原来的2倍
resize(2 * table.length);
// 计算key的hash值，key为null则返回0
hash = (null != key) ? hash(key) : 0;
bucketIndex = indexFor(hash, table.length);
}
// 创建新的链表
// 如果链表已存在，则是将新节点插入头部（头插法）
createEntry(hash, key, value, bucketIndex);
}createEntry()方法
/**
* 头插法插入新的节点
* 不需要判断链表是否存在
*/
void createEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
Entry<K,V> e = table[bucketIndex];
table[bucketIndex] = new Entry<>(hash, key, value, e);
size++;
}Java 1.8
put()方法
/**
* HashMap的put()方法支持key/value为null
*/
public V put(K key, V value) {
//实际上是先调用HashMap的hash()方法获取到key的hash值
//然后调用HashMap的putVal()方法
return putVal(hash(key), key, value, false, true);
}put()方法实际上是
- 调用
hash()方法获取到key的hash值 - 调用
putVal()方法存储key-value
核心方法是putVal()方法，下面我会先分析一下hash()方法，因为这个方法涉及到hash值这个关键属性的计算。
hash()方法
static final int hash(Object key) {
int h;
// key为null时，hash值为0
// key不为null时，调用key对象的hashCode()方法并通过位运算异或和无符号右移将高位分散到低位
return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
}-
hash()方法指定了null的hash值为0。这样就可以支持key为null。 -
(h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16)这段代码通过位运算异或和无符号右移将高位分散到低位，这样做可以减少哈希碰撞的概率（这块不是很清楚原理，是从方法注释上了解到的）
putVal()方法
/**
* Map.put()方法的实际实现
*
* @param hash key的hash值
* @param key 键值对中的key
* @param value 键值对中的value
* @param onlyIfAbsent 如果为true，则键值对中的值已经存在则不修改这个值
* @param evict 如果为false，则是处于创建模式
* @return 上一次的value，如果上一次的value不存在，则为null
*/
final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent, boolean evict) {
//tab用于暂存散列表table。p为散列表中对应索引的链表的头节点的指针。n存储tab的长度。i则为命中的散列表的索引
Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, i;
//给tab和n赋值
//当tab为null或者tab的长度n为0时，触发resize()来初始化tab
if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
n = (tab = resize()).length;
//使用(n - 1) & hash（等价于hash%n）计算命中的散列表索引，同时判断散列表对应索引的链表是否存在
if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
//散列表对应索引的链表不存在则创建一个新的链表
tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
else {//散列表对应索引的链表已存在
Node<K,V> e; K k;
// 判断头节点的hash值和key是否与入参的hash值和key一致。需要注意，null的hash值为0
if (p.hash == hash &&
((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
// 对应的键值对已经存在，记录下来
e = p;
else if (p instanceof TreeNode)//判断对应的链表是否转化为红黑树
//若是，则直接调用红黑树的putTreeVal()方法
e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
else {//链表的头节点与新的键值对不重复，即没有发生哈希碰撞
for (int binCount = 0; ; ++binCount) {//遍历链表
if ((e = p.next) == null) {//遍历到尾节点
//尾插法添加一个新的节点
p.next = newNode(hash, key, value, null);
//链表长度大于阈值
if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // 从-1开始，所以为阈值-1
// 将链表转化为红黑树
treeifyBin(tab, hash);
// 中断循环
break;
}
// 判断当前遍历的节点的hash值和key是否与入参的hash值和key一致，即key是否已经存在
if (e.hash == hash &&
((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
// key已经存在，中断循环
break;
// 记录当前遍历的节点
p = e;
}
}
if (e != null) { // Map中存在重复的key
V oldValue = e.value;//记录下旧值
if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)//判断值存在是否可以进行修改以及旧值是否为null
e.value = value;//修改该节点的值
afterNodeAccess(e);// 链表节点的回调方法，此处为空方法
return oldValue;//返回旧值
}
}
// HashMap发生结构变化，变化次数累加
++modCount;
// 键值对个数自增，同时判断是否达到扩容的阈值
if (++size > threshold)
resize();
// 链表节点的回调方法，此处为空方法
afterNodeInsertion(evict);
// 此处返回null是因为链表新增了节点，所以上一次的值必然为null
return null;
}putVal()方法的关键点：
- 若
table没有初始化则调用reszie()方法初始化。 - 计算命中的散列表索引位置，公式为
(n - 1) & hash（等价于hash%n）。其中n为散列表长度，hash为插入的键值对的key的哈希值。 - 判断散列表对应索引中的首节点是否为
null，若为null，则创建链表，否则进入下一步。 - 判断该首节点是否与插入的键值对的
key和hash一致，若一致则替换该节点的值为value，否则进入下一步 - 判断首节点是否为树节点，若是则调用树节点的
putTreeVal()方法遍历红黑树，否则遍历链表。 - 遍历红黑树时，若存在
key和hash相同的节点就替换对应节点的值value，若不存在则插入新的树节点。 - 遍历链表时，若存在
key和hash相同的节点就替换对应节点的值为value。若找不到key和hash相同的节点，则链表尾部插入节点，同时进入下一步。 - 若当前链表长度大于或等于树化阈值
TREEIFY_THRESHOLD(8)时，则将链表转化为红黑树。
get()方法源码分析
除了HashMap的put()方法外，get()方法也是一个我们常用的方法，下面开始分析其关键的源码。
Java 1.7
get()方法
public V get(Object key) {
if (key == null)// key为null时特殊处理
return getForNullKey();
// 关键获取key对应value的代码
Entry<K,V> entry = getEntry(key);
return null == entry ? null : entry.getValue();
}get()方法的关键点如下：
- 若
key为null，则调用getForNullKey()方法获取value，否则进入下一步 - 调用
getEntry()方法获取对应的Entry对象 - 对应的
Entry对象为null时返回null，否则调用getValue()返回其value
getForNullKey()
private V getForNullKey() {
// 命中散列表索引为0，无需计算key的hash值
// 遍历命中的链表
for (Entry<K,V> e = table[0]; e != null; e = e.next) {
if (e.key == null)
return e.value;
}
return null;
}getEntry()
final Entry<K,V> getEntry(Object key) {
// 计算key的hash值，key为null时返回0
int hash = (key == null) ? 0 : hash(key);
// 遍历命中的链表
for (Entry<K,V> e = table[indexFor(hash, table.length)];
e != null;
e = e.next) {
Object k;
if (e.hash == hash &&
((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
return e;
}
// 链表不存在或链表中不存在key和hash一致的节点
return null;
}Java 1.8
get()方法
/**
* 返回key对应的value，如果不存在则返回null
*/
public V get(Object key) {
Node<K,V> e;
return (e = getNode(hash(key), key)) == null ? null : e.value;
}get()方法实际上是
- 调用
hash()方法获取到key的hash值 - 调用
getNode()方法通过key和hash获取对应的value。不存在则返回null
核心方法是getNode()方法，下面我会先分析一下getNode()方法。
getNode()方法
/**
* Map.get()方法的实际实现
* @param hash key的哈希值
* @param key 查询用的key
* @return 节点或者是节点不存在是返回null
*/
final Node<K,V> getNode(int hash, Object key) {
//tab用于暂存散列表table。first为散列表中对应索引的链表的头节点的指针。n存储tab的长度。i则为命中的散列表的索引
Node<K,V>[] tab; Node<K,V> first, e; int n; K k;
//初始化方法内的变量，同时尝试命中散列表
if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 &&
(first = tab[(n - 1) & hash]) != null) {
if (first.hash == hash &&
((k = first.key) == key || (key != null && key.equals(k))))// 总是先检查链表的头节点
return first;//头节点符合直接返回头节点
if ((e = first.next) != null) {//是否只有一个节点
if (first instanceof TreeNode)//判断头节点是否为红黑树节点
return ((TreeNode<K,V>)first).getTreeNode(hash, key);//改为遍历红黑树
do {//遍历链表是否有符合的节点
if (e.hash == hash &&
((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
return e;
} while ((e = e.next) != null);
}
}
//不存在对应的key，返回null
return null;
}getNode()方法的关键点：
- 若散列表
table不为null且长度大于0且其索引为(n - 1) & hash（等价于hash%n）的节点不为null。其中n为散列表长度，hash为插入的键值对的key的哈希值。则进入下一步，否则直接返回null - 判断首节点的
key和hash是否与入参一致，若相同则返回首节点，否则进入下一步。 - 判断节点个数只有
1个，若是则返回null，否则进入下一步 - 判断首节点是否为树节点，若是则遍历红黑树，否则为链表，进入下一步
- 遍历链表，检索
key和hash与入参相同的节点，若找到则返回该节点，否则返回null
总结
put()和get()方法是HashMap的常用方法，通过学习其源码了解到HashMap是如何使用拉链法解决哈希冲突。而下面将会通过两幅图展示put()和get()的执行过程：
Java 1.7
-
put()方法图解 -
get()方法图解
Java 1.8
-
put()方法图解 -
get()方法图解
比较
既然分析了Java 1.7和Java 1.8中HashMap的put()和get()
方法，当然少不了对二者的比较：
-
Java 1.7的HashMap中存在很多重复的代码。例如putForNullKey()和put()方法中重复的链表遍历，大量重复的hash值计算逻辑等等。而在Java 1.8中则对这部分的代码进行了重构。例如将putForNullKey()和put()方法重复的代码整合成putVal()方法，hash()方法处理key为null时的情况。 -
Java 1.8中的put()方法会在链表超过树化阈值的时候（如果位桶table数组长度不超过64则不会转成树），将链表转化为红黑树。而Java 1.7中则只有链表 -
Java 1.7的链表节点插入为头插法（不需要判断链表是否存在），而Java 1.8的链表节点插入则为尾插法。 -
Java 1.8增加了对putIfAbsent()方法（存在才进行更新）的支持，详情可以看putVal()中关于onlyIfAbsent参数的处理逻辑。
java
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