JavaSE——集合9：Map接口实现类—HashMap(重要！！！)

目录

一、HashMap概述

二、HashMap添加重复键源码解析

三、HashMap底层机制及源码剖析

(一)扩容机制(和HashSet相似)

第一次添加： 

1.首先，调用构造器，初始化加载因子

2.初始化后table表为null

3.基本数据类型的装箱，转为一个对象

4.执行put方法

​5.计算key的hash值

6.返回并执行putVal方法

7.初次存放数据之前，判断table表是否为空，table=null，则进行扩容

8.执行resize方法

9.返回table表的长度

10.得到索引，索引位置为null，就放进去

11.放入索引位置后，继续判断是否需要扩容

第二次添加：

1.基本数据类型进行装箱，转为一个对象

2.重新计算hash值

3.再次判断table数组是否为null

4.table数组不为null，则计算索引，索引位置没有元素，创建新的Node，添加元素

5.再次判断当前元素数量是否超过临界值

6.没有超过，返回null

第三次添加：

1.仍旧进行装箱操作

2.计算新的key的hash值

3.计算索引后，与原来索引处存放的元素相同，不能添加新的Node存放进去

4.对比新旧元素的hash值、地址值和内容是否相等

5.新的value替换旧的value，返回旧的value

6.table数组中的元素被改变

7.特殊情况

8.关于树化和剪枝的条件

(二)模拟触发扩容、树化情况

(三)关于扩容的补充说明

1.数组扩容可能会重新分配索引

2.扩容重新分配元素的索引后

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一、HashMap概述

1. Map接口的常用实现类：HashMap、HashTable和Properties。
2. HashMap是Map接口使用频率最高的实现类
3. HashMap是以key-value对的方式来存储数据(HashMap$Node类型)
4. key不能重复，但是value可以重复，允许使用null键，但是null键只能使用一次，允许使用null值
5. 如果添加相同的key，则会覆盖原来的key-value，等同于修改(key不会替换，value会替换)
6. 与HashSet一样，不保证映射的顺序，因为底层是以hash表的方式来存储的，HashMap底层是  数组+链表+红黑树，注意：链表和红黑树是可以同时存在的
7. HashMap没有实现同步，因此是线程不安全的，方法没有做同步互斥的操作，没有synchronized关键字修饰

二、HashMap添加重复键源码解析

Map map = new HashMap();
map.put("no1", "jack");
map.put("no2", "rose");
map.put("no1", "john");

HashMap 添加重复键时的核心流程：

1. 计算键的哈希值，确定存储位置。
2. 检查键是否已经存在，通过 hashCode() 和 equals() 方法判断。
3. 如果键已经存在：键保持不变，不会更新，新的值会覆盖旧的值。
4. HashMap 的设计原则：键的唯一性保证了当一个键已经存在时，添加相同的键会更新对应的值。

三、HashMap底层机制及源码剖析

        HashMap底层有一个table表，table表是一个数组，数组中有链表或红黑树，每个结点就是一个HashMap$Node，该HashMap$Node实现了Map.Entry接口。当链表中存放的元素达到8，并且数组长度达到64时，该链表就会进行树化，即变为红黑树。红黑树的查询效率很高。

        这就是为什么HashMap底层是[数组+链表+红黑树](JDK8以后)。JDK7之前的HashMap底层实现[数组+链表]。

(一)扩容机制(和HashSet相似)

更详细解析可以看我的往期文章：《JavaSE——集合5：Set(HashSet的底层原理)(重要!!!)》

1. HashMap底层维护了Node类型的数组table，默认为null
2. 当创建对象时，将加载因子(loadfactor)初始化为0.75
3. 当添加key-value时，通过key的哈希值得到在table的索引。然后判断该索引处是否有元素，如果没有元素，直接添加；如果该索引处有元素，继续判断该元素的key的hash值和传入的key的hash值是否相等，以及key的内容是否相等，如果相等，则直接替换value；如果不相等，需要判断是树结构还是链表结构，做出相应处理；如果添加时发现容量不够，则需要扩容。
4. 第1次添加，则需要扩容table容量为16，临界值(threshold)为12(16*0.75)
5. 之后再次进行扩容，则需要扩容table容量为原来的2倍(32)，临界值为原来的2倍(32*0.75)，即24，以此类推。
6. 在JDK8之后，如果一条链表的元素个数超过TREEIFY_THRESHOLD(默认是8)，并且table的大小 >= MIN_TREEIFY_CAPACITY(默认64)，就会进行树化(红黑树)。

第一次添加： 

HashMap map = new HashMap();
map.put("java", 10);
map.put("php", 10);
map.put("java", 20);
System.out.println(map);

1.首先，调用构造器，初始化加载因子

2.初始化后table表为null

3.基本数据类型的装箱，转为一个对象

4.执行put方法

5.计算key的hash值

6.返回并执行putVal方法

7.初次存放数据之前，判断table表是否为空，table=null，则进行扩容

8.执行resize方法

得到table数组的长度16，以及临界值12=16*0.75

table表就是Node

9.返回table表的长度

10.得到索引，索引位置为null，就放进去

11.放入索引位置后，继续判断是否需要扩容

        modCount：通常用于记录数据结构自创建以来发生的修改次数。这里的“修改”通常指的是任何可能改变数据结构状态的操作，比如添加、删除或更新元素。

        size：表示数据结构中当前存储的元素数量。

当size的数量不超过临界值，就不进行扩容

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第二次添加：

1.基本数据类型进行装箱，转为一个对象

2.重新计算hash值

3.再次判断table数组是否为null

4.table数组不为null，则计算索引，索引位置没有元素，创建新的Node，添加元素

5.再次判断当前元素数量是否超过临界值

6.没有超过，返回null

第三次添加：

1.仍旧进行装箱操作

2.计算新的key的hash值

3.计算索引后，与原来索引处存放的元素相同，不能添加新的Node存放进去

4.对比新旧元素的hash值、地址值和内容是否相等

5.新的value替换旧的value，返回旧的value

HashMap的put()方法返回旧值而不是新值，主要是为了：

• 让调用者可以知道替换之前的旧值是什么，从而帮助判断是否发生了值的替换。
• 提供额外的上下文信息，以便调用者基于此做更多的逻辑处理。
• 新值已经由调用方传入，返回它并无实际意义。

6.table数组中的元素被改变

7.特殊情况

else {Node<K,V> e; K k;//辅助变量// 如果table的索引位置的key的hash相同和新的key的hash值相同// 并 满足(table现有的结点的key和准备添加的key是同一个对象  || equals返回真)// 就认为不能加入新的k-v
if (p.hash == hash &&((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))e = p;
else if (p instanceof TreeNode)//如果当前的table的已有的Node 是红黑树，就按照红黑树的方式处理e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
else {// 如果找到的结点，后面是链表，就循环比较for (int binCount = 0; ; ++binCount) {//死循环if ((e = p.next) == null) {//如果整个链表，没有和他相同,就加到该链表的最后p.next = newNode(hash, key, value, null);// 加入后，判断当前链表的个数，是否已经到8个，到8个，后// 就调用 treeifyBin 方法进行红黑树的转换if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1sttreeifyBin(tab, hash);break;}if (e.hash == hash && // 如果在循环比较过程中,发现有相同的key,就break,替换value((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))break;p = e;}
}if (e != null) { // existing mapping for keyV oldValue = e.value;if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)e.value = value; // 替换，key对应valueafterNodeAccess(e);return oldValue;}}++modCount;//每增加一个Node ,就size++if (++size > threshold[12-24-48])// 如果 size > 临界值，就扩容resize();afterNodeInsertion(evict);return null;
}

8.关于树化和剪枝的条件

table数组的长度超过64，并且一条链表的元素为8，才进行树化，否则继续扩容。

红黑树的剪枝：删除元素到达一定程度，红黑树会重新转为链表

(二)模拟触发扩容、树化情况

代码示例：

public class HashMapSource2 {public static void main(String[] args) {HashMap hashMap = new HashMap();for (int i = 1; i <= 12; i++) {hashMap.put(new A(i), "hello");}hashMap.put("aaa", "bbb");      }
}class A {private int num;public A(int num) {this.num = num;}// 所有的A对象的hashCode都是100@Overridepublic int hashCode() {return 100;}@Overridepublic String toString() {return "\nA{" +"num=" + num +'}';}
}

扩容前：

扩容后：

继续在链表上添加元素，扩容到64：

继续添加，链表进行树化：

树化前：

树化后： 

(三)关于扩容的补充说明

注意：table数组并不会无限扩大

table容量最大值：2^30 = 1073741824

static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;

临界值的最大值：2^31-1 = 2147483647

@Native public static final int   MAX_VALUE = 0x7fffffff;

        如果当前的数组容量（oldCap）已经达到或超过了 MAXIMUM_CAPACITY，那么HashMap将不再进行扩容操作，而是将临界值（threshold）设置为 Integer.MAX_VALUE，作为一个标记，表明HashMap已经达到了其可以容纳的最大元素数量的上限。

        扩容是容量翻倍，重新分配的索引要么是原来的索引处，要么是原来索引 + 原来的数组长度处

1.数组扩容可能会重新分配索引

2.扩容重新分配元素的索引后