Java 中HashMap 详解

本篇重点：

HashMap的存储结构

HashMap的put和get操作过程

HashMap的扩容

关于transient关键字

HashMap的存储结构

HashMap 总体是数组+链表的存储结构， 从JDK1.8开始，当数组的长度大于64，且链表的长度大于8的时候，会把链表转为红黑树。

数组的默认长度是16。数组中的每一个元素为一个node，也就是链表的一个节点，node的数据包含: key的hashcode, key, value,指向下一个node节点的指针。

部分源码如下：

static class Node implements Map.Entry {        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;        }...}

随着put操作的进行，如果数组的长度超过64，且链表的长度大于8的时候， 则将链表转为红黑树，红黑树节点的结构如下,TreeNode继承的LinkedHashMap.Entry是继承HashMap.Node的，所以TreeNode是上面Node的子类。

static final class TreeNode extends LinkedHashMap.Entry {        TreeNode parent;  // red-black tree links        TreeNode left;        TreeNode right;        TreeNode prev;    // needed to unlink next upon deletion        boolean red;        TreeNode(int hash, K key, V val, Node next) {            super(hash, key, val, next);        }//...}

HashMap类的主要成员变量：

        transient Node[] table;        transient Set> entrySet;        transient int size;        transient int modCount;        // (The javadoc description is true upon serialization.    // Additionally, if the table array has not been allocated, this    // field holds the initial array capacity, or zero signifying    // DEFAULT_INITIAL_CAPACITY.)    int threshold;        final float loadFactor;View Code

HashMap的put操作过程

本小节讲述put操作中的主要步骤，细小环节会忽略。

map.put(key, value)，首先计算key的hash，得到一个int值。

如果Node数组为空则初始化Node数组。这里注意，Node数组的长度length始终应该是2的n次方，比如默认的16, 还有32,64等

用 hash&(length-1) 运算得到数组下标，这里要提一句，其实正常我们最容易想到的，而且也是我之前很长一段时间以为的，这一步应该进行的是求模运算: hash % length ,这样得到的正好是0~length-1之间的值，可以作为数组的下标， 那么为何此处是位与运算呢？

先说结论： 上面提到数组的长度length始终是2^n,在这个前提下，hash & (length-1) 与hash % length是等价的。 而位与运算更快。这里后面会另开一遍进行详解。

  如果Node[hash&(length-1)]处为空，用传入的的key, value创建Node对象，直接放入该下标；如果该下标处不为空，且对象为TreeNode类型，证明此下标处的元素们是按照红黑树的结构存储的，将传入的key，value作为新的红黑树的节点插入到红黑树；否则，此处为链表，用next找到链表的末尾，将新的元素插入。如果在遍历链表的过程中发现链表的长度超过了8，此时如果数组长度<64则进行扩容，否则转红黑树。

如果key的hash和key本身都相等则将该key对应的value更新为新的value

需要扩容的话则进行扩容。

注意：

如果key是null则返回的hash为0，也就是key为null的元素一直被放在数组下标为0的位置。

 在JDK 1.8以前，链表是采用的头部插入的方式，从1.8改成了在链表尾部插入新元素的方式。 这么做是为了防止在扩容的时候，多线程时出现循环链表死循环。具体会新开一遍进行详细演绎。

HashMap的get操作过程

get的过程比较简单。

map.get(key). 首先计算key的hash。

根据hash&(length-1)定位到Node数组中的一个下标。如果该下标的元素(也就是链表/红黑树的第一个元素)中 key的hash的key本身 都和传入的key相同，则证明找到了元素，直接返回即可。

如果第一个元素不是要找的，如果第一个元素的类型是TreeNode，则按照红黑树的查找方法查找元素，如果不是则证明是链表，按照next指针找下去，直到找到或者到达队尾。

HashMap的扩容

先说这里的两个概念: size, length.

size：是map.size() 方法返回的值，表示的是map中有多少个key-value键值对儿

length: 这里是指Node数组的长度，比如默认长度是16.

如下面的代码：

        Map map = new HashMap<>();        map.put(1,"a");        map.put(2,"b");        map.put(3,"c");    

没有在构造函数中指定HashMap的大小，则数组的长度length取默认的16，put了3个元素，则size为3.

Q: 何时需要扩容呢？

A: 在put方法中，每次完成了put操作，都判断一下++size是否大于threshold,如果大于则进行扩容: 调用resize()方法。

Q: 那么threshold又是如何得到的呢？

A: 简单来讲threshold = length * loadfactor(默认为0.75)。 也就是说默认情况下，map中的键值对的个数(size)大于Node数组长度(length)的75%时，就需要扩容了。

Q: 扩容时具体做什么呢？

A: 首先计算出新的数组长度和新的threshold(阈值). 简单来讲，新的length/capacity 是原来的2倍（位运算左移一位），新的threshold为原来的2倍。 还有一些细节此处不再赘述。创建新的Node数组，将原来数组中的元素重新映射到新的数组中。

关于transient关键字

transient关键字的作用：用transient关键字修饰的字段不会被序列化

查看下面的例子:

public class TransientExample implements Serializable{    private String firstName;    private transient String middleName;    private String lastName;    public TransientExample(String firstName,String middleName,String lastName) {        this.firstName = firstName;        this.middleName = middleName;        this.lastName = lastName;    }    @Override    public String toString() {        StringBuilder sb = new StringBuilder();        sb.append("firstName:").append(firstName).append("\n")                .append("middleName:").append(middleName).append("\n")                .append("lastName:").append(lastName);        return sb.toString();    }    public static void main(String[] args) throws Exception {        TransientExample e = new TransientExample("Adeline","test","Pan");        ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("/path/testObj"));        oos.writeObject(e);        ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(new FileInputStream("/path/testObj"));        TransientExample e1 = (TransientExample) ois.readObject();        System.out.println("e:"+e.toString());        System.out.println("e1:"+e1.toString());    }}View Code

输出结果：

e:firstName:AdelinemiddleName:testlastName:Pane1:firstName:AdelinemiddleName:nulllastName:Pan

被transient关键字修饰的middleName字段没有被序列化，反序列化回来的值是null

Q：HashMap类是实现了Serializable接口的，那么为何其中的table, entrySet变量都标为transient呢？

A：我们知道，table数组中元素分布的下标位置是根据元素中key的hash进行散列运算得到的，而hash运算是native的，不同平台得到的结果可能是不相同的。举一个简单的例子，假设我们在目前的平台有键值对 key1-value1,计算出key1的hash为1， 计算后存在table数组中下标为1的地方，假设table被序列化了，并传输到了另外的平台，并反序列化为了原来的HashMap，key1-value1仍然存在下标1的位置，当在这个平台运行get("key1")的时候，可能计算出key1的hash为2，就有可能到下标为2的地方去找该元素，这样就出错了。

Q：那么HashMap是如何实现的序列化呢？

A：HashMap是通过实现如下方法直接将元素数量(size), key, value等写入到了ObjectOutputStream中，实现的定制化的序列化和反序列化。在Serializable接口中有关于这种做法的说明。

private void writeObject(java.io.ObjectOutputStream out)

throws IOException

private void readObject(java.io.ObjectInputStream in)

throws IOException, ClassNotFoundException;

来源地址：https://blog.csdn.net/java1527/article/details/126850576