HashMap源码

简介

HashMap 是一种基于哈希表的 Map 接口实现，它存储键值对（key-value pairs），并允许使用键来快速检索值。在 Java 中，HashMap 是 java.util 包的一部分，它不是同步的，这意味着它不是线程安全的。如果你需要线程安全的版本，可以使用 ConcurrentHashMap。

以下是 HashMap 的一些关键特性：

1. 允许空键和空值：HashMap 允许键和值为 null。
2. 非同步：HashMap 不是线程安全的。如果你需要线程安全的 HashMap，可以使用 Collections.synchronizedMap 方法包装一个 HashMap，或者使用 ConcurrentHashMap。
3. 迭代顺序：从 JDK 1.8 开始，HashMap 保证在并发访问的情况下，迭代顺序是可预测的，即按照插入顺序进行迭代。
4. 初始容量和加载因子：HashMap 可以指定初始容量和加载因子来优化性能。初始容量是哈希表中桶的数量，加载因子是一个影响哈希表扩展的阈值。
5. 哈希冲突：当两个键的哈希码相同，或者哈希码经过数组索引计算后位置相同时，会发生哈希冲突。HashMap 使用链表（在 JDK 1.8 之后是链表和红黑树的结合）来解决冲突。

以下是 Java 中 HashMap 的一个简单示例：

import java.util.HashMap;public class HashMapExample {public static void main(String[] args) {HashMap<String, Integer> map = new HashMap<>();map.put("apple", 1);map.put("banana", 2);map.put("cherry", 3);// 获取值Integer cherryValue = map.get("cherry");System.out.println("Cherry value: " + cherryValue);// 检查键是否存在if (map.containsKey("banana")) {System.out.println("Banana is in the map.");}// 删除键值对map.remove("apple");// 遍历 HashMapfor (Map.Entry<String, Integer> entry : map.entrySet()) {System.out.println(entry.getKey() + " : " + entry.getValue());}}
}

在这个示例中，我们创建了一个 HashMap 实例，并添加了一些键值对。然后我们获取了一个值，检查了一个键是否存在，删除了一个键值对，并遍历了 HashMap。

源码

hashmap成员变量

//创建 HashMap 时未指定初始容量情况下的默认容量，也就是16   static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; //HashMap 的最大容量，也就是2的30次方=1 073 741 824static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;//HashMap 默认的装载因子,当 HashMap 中元素数量超过 容量*装载因子 时，进行resize()操作，也就是扩容static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR =	 0.75f;//用来确定何时将解决 hash 冲突的链表转变为红黑树static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8;// 用来确定何时将解决 hash 冲突的红黑树转变为链表static final int UNTREEIFY_THRESHOLD = 6;//当需要将解决 hash 冲突的链表转变为红黑树时，需要判断下此时数组容量，若是由于数组容量太小(小于MIN_TREEIFY_CAPACITY)导致的hash冲突太多，则不进行链表转变为红黑树操作，会先利用resize()函数对hashMap扩容static final int MIN_TREEIFY_CAPACITY = 64;// 这个就是hashMap的内部数组了，而Node则是链表节点对象。
transient Node<K,V>[] table;// 数组扩容阈值。
int threshold;

hashmap的节点的数据结构

    static class Node<K,V> implements Map.Entry<K,V> {//存储了键对象的哈希码，用于快速定位桶的位置final int hash;//存储键对象final K key;//存储与键相关联的值V value;//指向下一个节点的引用，用于解决哈希冲突，当链表长度好过一定阈值，列表会转成红黑树，以提高搜索效率Node<K,V> next;Node(int hash, K key, V value, Node<K,V> 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);}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;if (Objects.equals(key, e.getKey()) &&Objects.equals(value, e.getValue()))return true;}return false;}}

hashmap的put方法

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

 /*** Implements Map.put and related methods.** @param hash hash for key* @param key the key* @param value the value to put* @param onlyIfAbsent if true, don't change existing value 当存入键值对时，如果该key已存在，是否覆盖它的value。false为覆盖，true为不覆盖* @param evict if false, the table is in creation mode. 用于子类* @return previous value, or null if none*///final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,boolean evict) {Node<K,V>[] tab;//内部数组Node<K,V> p; //hash对应的索引中的首节点int n, i;//n 内部数组的长度  i hash对应的索引位//首次put时，内部数组为空，扩充数组if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)n = (tab = resize()).length;//计算数组索引，计算该索引位置的首节点，如果为null，添加一个新节点if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)tab[i] = newNode(hash, key, value, null);else {Node<K,V> e; K k;//如果首节点的key和要存入的key相同，那么直接覆盖value值if (p.hash == hash &&((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))e = p;//如果首节点是红黑树，将键值对插入到红黑树中else if (p instanceof TreeNode)e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);else {for (int binCount = 0; ; ++binCount) {//到达链表尾部，if ((e = p.next) == null) {//向链表尾部插入新节点p.next = newNode(hash, key, value, null);//判断链表元素>=8-1 ？ 尝试转换红黑树 : 不转换if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st//转换之前会先判断当前数组容量是否>=64 ？ 转换红黑树 ： resize扩容treeifyBin(tab, hash);break;}//检查链表中是否已包含keyif (e.hash == hash &&((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))break;p = e;}}//如果key存在则覆盖valueif (e != null) { // existing mapping for keyV oldValue = e.value;if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)e.value = value;afterNodeAccess(e);return oldValue;}}//fail-fast机制 // Java集合中的一种错误检测机制，当多个线程对集合进行结构性的改变时，有可能会出发fail-fast机制，这个时候会抛出ConcurrentModificationException异常。++modCount;//集合实际被修改的次数//如果集合容量大于阈值，则进行扩容if (++size > threshold)resize();afterNodeInsertion(evict);return null;}

hashmap的resize扩容操作

   final Node<K,V>[] resize() {//旧的数组 hashmap的内部数组Node<K,V>[] oldTab = table;//旧的数组长度 如果数组长度为空=0，不为空则是数组的长度int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length;//旧的扩容阈值int oldThr = threshold;int newCap, newThr = 0;//旧的数组长度大于0if (oldCap > 0) {//旧的数组长度是否大于等于hashmap的最大容量if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) {//扩容阈值就是 int的最大值2的31次方-1threshold = Integer.MAX_VALUE;//此时已经是最大值了，不扩容直接返回旧数组return oldTab;}//新数组长度=2*旧数组长度 小于hashmap的最大容量 且旧数组长度大于默认值16 13644391557else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY &&oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)newThr = oldThr << 1; // double threshold}//旧数组长度等于0 且旧的阈值大于0 新的初始数组容量被置为旧的阈值else if (oldThr > 0) // initial capacity was placed in thresholdnewCap = oldThr;else {               // zero initial threshold signifies using defaultsnewCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY;newThr = (int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY);}if (newThr == 0) {float ft = (float)newCap * loadFactor;newThr = (newCap < MAXIMUM_CAPACITY && ft < (float)MAXIMUM_CAPACITY ?(int)ft : Integer.MAX_VALUE);}threshold = newThr;//创建一个新的链表@SuppressWarnings({"rawtypes","unchecked"})Node<K,V>[] newTab = (Node<K,V>[])new Node[newCap];table = newTab;if (oldTab != null) {for (int j = 0; j < oldCap; ++j) {Node<K,V> e;if ((e = oldTab[j]) != null) {oldTab[j] = null;//处理旧链表尾节点if (e.next == null)newTab[e.hash & (newCap - 1)] = e;//如果是红黑树，else if (e instanceof TreeNode)//将一个红黑树节点分裂成两个子树。这个过程通常发生在并发环境下，当哈希表的大小超过某个阈值时，会将链表转换为红黑树以提高搜索效率。// 这里的 split 方法就是将一个红黑树节点分裂成两个子树，并将它们重新链接到哈希表的桶中。((TreeNode<K,V>)e).split(this, newTab, j, oldCap);else { // preserve orderNode<K,V> loHead = null, loTail = null;Node<K,V> hiHead = null, hiTail = null;Node<K,V> next;//根据节点的哈希值与旧容量 oldCap 的按位与操作的结果将它们分配到两个新的链表中。e.hash & oldCap 的结果决定了节点应该属于哪个新链表。do {next = e.next;if ((e.hash & oldCap) == 0) {if (loTail == null)loHead = e;elseloTail.next = e;loTail = e;}else {if (hiTail == null)hiHead = e;elsehiTail.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;}

hashmap的get方法

    public V get(Object key) {Node<K,V> e;return (e = getNode(hash(key), key)) == null ? null : e.value;}

get方法查找对应节点

    final Node<K,V> getNode(int hash, Object key) {Node<K,V>[] tab; Node<K,V> first, e; int n; K k;//判断容器是否为空if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 &&(first = tab[(n - 1) & hash]) != null) {//查看哈希值是否与首节点的哈希值相同if (first.hash == hash && // always check first node((k = first.key) == key || (key != null && key.equals(k))))return first;//首节点不是目标节点且首节点的下一个节点不为空if ((e = first.next) != null) {//红黑树结构查找节点if (first instanceof TreeNode)return ((TreeNode<K,V>)first).getTreeNode(hash, key);do {//链表结构查找节点if (e.hash == hash &&((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))return e;} while ((e = e.next) != null);}}return null;}

HashMap中的死锁

HashMap会造成死锁，因为HashMap是线程非安全的，并发的情况容易造成死锁，若要高并发推荐使用ConcurrentHashMap，这里的加了锁。

我们假设有二个进程T1、T2，HashMap容量为2,T1线程放入key A、B、C、D、E。在T1线程中A、B、C
Hash值相同，于是形成一个链，假设为A->C->B，而D、E
Hash值不同，于是容量不足，需要新建一个更大尺寸的hash表，然后把数据从老的Hash表中
迁移到新的Hash表中(refresh)。这时T2进程闯进来了，T1暂时挂起，T2进程也准备放入新的key，这时也
发现容量不足，也refresh一把。refresh之后原来的链表结构假设为C->A，之后T1进程继续执行，链接结构
为A->C,这时就形成A.next=B,B.next=A的环形链表。一旦取值进入这个环形链表就会陷入死循环。

死锁是指两个或多个线程在执行过程中，因争夺资源而造成的一种互相等待的现象，若无外力作用，它们都将无法向前推进。

HashMap 可能导致死锁的情况通常与以下因素有关：

重入：当一个线程在扩容（rehashing）过程中，如果另一个线程尝试插入元素，可能会触发新的扩容操作。如果多个线程同时进行这样的操作，它们可能会相互等待对方释放锁，从而导致死锁。并发修改：如果多个线程同时尝试修改 HashMap 的结构（如插入或删除元素），而这些操作没有适当的同步控制，就可能导致死锁。不当的迭代：在多线程环境中，如果一个线程在迭代 HashMap 的同时，另一个线程修改了 HashMap，可能会导致迭代器抛出 ConcurrentModificationException。虽然这通常不会导致死锁，但如果迭代器的实现不当，或者在处理异常时没有正确地同步，也可能间接导致死锁。

为了避免 HashMap 的死锁问题，可以采取以下措施：

使用 ConcurrentHashMap：这是 Java 提供的一个线程安全的 HashMap 实现。它通过分段锁（segmentation）来允许并发的读写操作，从而避免了死锁。同步包装：可以使用 Collections.synchronizedMap 方法将 HashMap 包装为线程安全的 Map。但这种方式在高并发环境下性能可能不佳，因为它对整个 Map 加锁，而不是对单个元素。显式锁：可以使用 ReentrantLock 或 synchronized 块来手动管理对 HashMap 的访问，确保在修改 HashMap 时只有一个线程能够进行操作。不可变 Map：如果不需要修改 Map，可以使用 Collections.unmodifiableMap 创建一个不可修改的视图，这样即使在多线程环境下也不会出现死锁。避免在循环中进行结构修改：在循环中进行 HashMap 的结构修改（如扩容）可能会导致死锁，应该避免这种情况。使用读写锁：如果读操作远多于写操作，可以考虑使用读写锁（ReentrantReadWriteLock），它允许多个读线程同时访问，但写线程需要独占访问。