深入分析HaspMap源码

1.分析HaspMap的构造器

前面分析HashMap的put(K key,V value)源码的时候发现，其中有两个特殊的变量:

size:该变量保存了该HashMap中所包含的key-value对的数量。
threshold：该变量包含了HashMap能容纳的key-value对的极限，它的值等于HashMap的容量乘以负载因子(load factor)。

在HashMap的addEntry方法中，当size++>=threshold时。HashMap会自动调用resize方法扩充HashMap的容量。但每扩充一次，HashMap的容量就增大一倍。

HashMap源码中存在一个就table的数组。这个数组的长度其实就是HashMap的容量。HashMap包含如下几个构造器:

HashMap() 初始容量为16。负载因子为0.75的HashMap。
HashMap(int initialCapacity) 构建一个初始容量为 initialCapacity，负载因子为0.75的HashMap
HashMap(int initialCapacity,float loadFactor) 构建指定初始容量和负载因子的HashMap

当创建一个HasMap时，系统会自动创建一个table数组来保存HashMap中的Entry。

观察构造器的源码:

<code class="hljs cs has-numbering" style="display: block; padding: 0px; color: inherit; box-sizing: border-box; font-family: 'Source Code Pro', monospace;font-size:undefined; white-space: pre; border-radius: 0px; word-wrap: normal; background: transparent;"><span class="hljs-comment" style="color: rgb(136, 0, 0); box-sizing: border-box;">//以指定初始化容量，负载因子创建HashMap</span>
<span class="hljs-keyword" style="color: rgb(0, 0, 136); box-sizing: border-box;">public</span> <span class="hljs-title" style="box-sizing: border-box;">HashMap</span>(<span class="hljs-keyword" style="color: rgb(0, 0, 136); box-sizing: border-box;">int</span> initialCapacity, <span class="hljs-keyword" style="color: rgb(0, 0, 136); box-sizing: border-box;">float</span> loadFactor) {
<span class="hljs-comment" style="color: rgb(136, 0, 0); box-sizing: border-box;">//初始容量不能为负数</span>
<span class="hljs-keyword" style="color: rgb(0, 0, 136); box-sizing: border-box;">if</span> (initialCapacity < <span class="hljs-number" style="color: rgb(0, 102, 102); box-sizing: border-box;">0</span>)
<span class="hljs-keyword" style="color: rgb(0, 0, 136); box-sizing: border-box;">throw</span> <span class="hljs-keyword" style="color: rgb(0, 0, 136); box-sizing: border-box;">new</span> IllegalArgumentException(<span class="hljs-string" style="color: rgb(0, 136, 0); box-sizing: border-box;">"Illegal initial capacity: "</span> +
initialCapacity);
<span class="hljs-comment" style="color: rgb(136, 0, 0); box-sizing: border-box;">//初始容量不能太大</span>
<span class="hljs-keyword" style="color: rgb(0, 0, 136); box-sizing: border-box;">if</span> (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY)
initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY;
<span class="hljs-comment" style="color: rgb(136, 0, 0); box-sizing: border-box;">//负载因子必须大于0</span>
<span class="hljs-keyword" style="color: rgb(0, 0, 136); box-sizing: border-box;">if</span> (loadFactor <= <span class="hljs-number" style="color: rgb(0, 102, 102); box-sizing: border-box;">0</span> || Float.isNaN(loadFactor))
<span class="hljs-keyword" style="color: rgb(0, 0, 136); box-sizing: border-box;">throw</span> <span class="hljs-keyword" style="color: rgb(0, 0, 136); box-sizing: border-box;">new</span> IllegalArgumentException(<span class="hljs-string" style="color: rgb(0, 136, 0); box-sizing: border-box;">"Illegal load factor: "</span> +
loadFactor);
<span class="hljs-comment" style="color: rgb(136, 0, 0); box-sizing: border-box;">//计算出大于initialCapacity的最小的2的n次方值</span>
<span class="hljs-keyword" style="color: rgb(0, 0, 136); box-sizing: border-box;">int</span> capacity = <span class="hljs-number" style="color: rgb(0, 102, 102); box-sizing: border-box;">1</span>;
<span class="hljs-keyword" style="color: rgb(0, 0, 136); box-sizing: border-box;">while</span>(capacity<initialCapacity)
capacity<<=<span class="hljs-number" style="color: rgb(0, 102, 102); box-sizing: border-box;">1</span>;
<span class="hljs-keyword" style="color: rgb(0, 0, 136); box-sizing: border-box;">this</span>.loadFacotor = loadFactor;
<span class="hljs-comment" style="color: rgb(136, 0, 0); box-sizing: border-box;">//设置容量极限等于容量乘以负载因子</span>
threshold = (<span class="hljs-keyword" style="color: rgb(0, 0, 136); box-sizing: border-box;">int</span>)(capacity * loadFactor);
<span class="hljs-comment" style="color: rgb(136, 0, 0); box-sizing: border-box;">//初始化table数组</span>
table = <span class="hljs-keyword" style="color: rgb(0, 0, 136); box-sizing: border-box;">new</span> Entry(capacity);
init();
}
</code><ul class="pre-numbering" style="box-sizing: border-box; position: absolute; width: 50px; top: 0px; left: 0px; margin: 0px; padding: 6px 0px 40px; border-right-width: 1px; border-right-style: solid; border-right-color: rgb(221, 221, 221); list-style: none; text-align: right; background-color: rgb(238, 238, 238);"><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">1</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">2</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">3</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">4</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">5</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">6</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">7</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">8</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">9</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">10</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">11</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">12</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">13</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">14</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">15</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">16</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">17</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">18</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">19</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">20</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">21</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">22</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">23</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">24</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">25</li></ul><ul class="pre-numbering" style="box-sizing: border-box; position: absolute; width: 50px; top: 0px; left: 0px; margin: 0px; padding: 6px 0px 40px; border-right-width: 1px; border-right-style: solid; border-right-color: rgb(221, 221, 221); list-style: none; text-align: right; background-color: rgb(238, 238, 238);"><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">1</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">2</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">3</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">4</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">5</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">6</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">7</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">8</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">9</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">10</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">11</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">12</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">13</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">14</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">15</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">16</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">17</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">18</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">19</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">20</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">21</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">22</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">23</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">24</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">25</li></ul>

注意观察下面这两段代码:

<code class="hljs cs has-numbering" style="display: block; padding: 0px; color: inherit; box-sizing: border-box; font-family: 'Source Code Pro', monospace;font-size:undefined; white-space: pre; border-radius: 0px; word-wrap: normal; background: transparent;">    <span class="hljs-keyword" style="color: rgb(0, 0, 136); box-sizing: border-box;">int</span> capacity = <span class="hljs-number" style="color: rgb(0, 102, 102); box-sizing: border-box;">1</span>;
<span class="hljs-keyword" style="color: rgb(0, 0, 136); box-sizing: border-box;">while</span>(capacity<initialCapacity)
capacity<<=<span class="hljs-number" style="color: rgb(0, 102, 102); box-sizing: border-box;">1</span>;</code><ul class="pre-numbering" style="box-sizing: border-box; position: absolute; width: 50px; top: 0px; left: 0px; margin: 0px; padding: 6px 0px 40px; border-right-width: 1px; border-right-style: solid; border-right-color: rgb(221, 221, 221); list-style: none; text-align: right; background-color: rgb(238, 238, 238);"><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">1</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">2</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">3</li></ul><ul class="pre-numbering" style="box-sizing: border-box; position: absolute; width: 50px; top: 0px; left: 0px; margin: 0px; padding: 6px 0px 40px; border-right-width: 1px; border-right-style: solid; border-right-color: rgb(221, 221, 221); list-style: none; text-align: right; background-color: rgb(238, 238, 238);"><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">1</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">2</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">3</li></ul>

找出大于initialCapacity的，最小的2的n次方值，并将其作为HashMap的实际容量。例如给定initialCapacity为10，那么HashMap的实际容量就是16。通常来说，HaspMap最后的实际容量通常比initialCapacity大一点，除非它刚好是2的n次方，所以我们在创建HaspMap需要指定容量时指定为2的n次方可以减少不必要的开销。

补充:

<<

把数据向左移动。移除的删除，右边用0补齐 相当于乘以2的移动次幂

>>

把数据向右移动。移除的删除 ，左边用最高位补齐 相当于除以2的移动次幂

2.HashMap根据key取出value

对于HashMap及其子类而言，它们采用Hash算法来决定集合中元素的存储位置。当系统开始初始化HashMap时，系统会创建一个长度为Capacity的Entry的数组。这个数组里可以存储元素的位置被称为”桶(bucket)”，每个bucket都有其特定的索引，系统可以根据其索引快速访问该bucket里存储的元素。

一般情况下，bucket里存储的是单个Entry，但也有会生成Entry链的情况(即两个key的hash值相同但equals返回false)。当bucket里面存储的是单个Entry，此时HaspMap性能最好。当程序需要根据key取出value时，只需要计算出key的hash值，再根据该hash值找出key在table数组中的索引，然后取出该索引处的Entry，最后返回该Entry的value即可。下面我们来看HashMapget(K key)的源码:

<code class="hljs cs has-numbering" style="display: block; padding: 0px; color: inherit; box-sizing: border-box; font-family: 'Source Code Pro', monospace;font-size:undefined; white-space: pre; border-radius: 0px; word-wrap: normal; background: transparent;"><span class="hljs-keyword" style="color: rgb(0, 0, 136); box-sizing: border-box;">public</span> V <span class="hljs-title" style="box-sizing: border-box;">get</span>(Object key) {
<span class="hljs-comment" style="color: rgb(136, 0, 0); box-sizing: border-box;">//如果key是null。调用getForNullKey</span>
<span class="hljs-keyword" style="color: rgb(0, 0, 136); box-sizing: border-box;">if</span> (key == <span class="hljs-keyword" style="color: rgb(0, 0, 136); box-sizing: border-box;">null</span>)
<span class="hljs-keyword" style="color: rgb(0, 0, 136); box-sizing: border-box;">return</span> getForNullKey();
<span class="hljs-comment" style="color: rgb(136, 0, 0); box-sizing: border-box;">//计算key的hash值</span>
<span class="hljs-keyword" style="color: rgb(0, 0, 136); box-sizing: border-box;">int</span> hash = hash(key.hashCode());
<span class="hljs-comment" style="color: rgb(136, 0, 0); box-sizing: border-box;">//直接取出table数组中的指定索引处的值</span>
<span class="hljs-keyword" style="color: rgb(0, 0, 136); box-sizing: border-box;">for</span> (Entry<K,V> e = table[indexFor(hash, table.length)];
e != <span class="hljs-keyword" style="color: rgb(0, 0, 136); box-sizing: border-box;">null</span>;
<span class="hljs-comment" style="color: rgb(136, 0, 0); box-sizing: border-box;">//搜索下一个Entry</span>
e = e.next) {
Object k;
<span class="hljs-comment" style="color: rgb(136, 0, 0); box-sizing: border-box;">//如果该Entry的key与被搜索key相同</span>
<span class="hljs-keyword" style="color: rgb(0, 0, 136); box-sizing: border-box;">if</span> (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k)))
<span class="hljs-keyword" style="color: rgb(0, 0, 136); box-sizing: border-box;">return</span> e.<span class="hljs-keyword" style="color: rgb(0, 0, 136); box-sizing: border-box;">value</span>;
}
<span class="hljs-keyword" style="color: rgb(0, 0, 136); box-sizing: border-box;">return</span> <span class="hljs-keyword" style="color: rgb(0, 0, 136); box-sizing: border-box;">null</span>;
}</code><ul class="pre-numbering" style="box-sizing: border-box; position: absolute; width: 50px; top: 0px; left: 0px; margin: 0px; padding: 6px 0px 40px; border-right-width: 1px; border-right-style: solid; border-right-color: rgb(221, 221, 221); list-style: none; text-align: right; background-color: rgb(238, 238, 238);"><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">1</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">2</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">3</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">4</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">5</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">6</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">7</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">8</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">9</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">10</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">11</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">12</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">13</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">14</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">15</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">16</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">17</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">18</li></ul><ul class="pre-numbering" style="box-sizing: border-box; position: absolute; width: 50px; top: 0px; left: 0px; margin: 0px; padding: 6px 0px 40px; border-right-width: 1px; border-right-style: solid; border-right-color: rgb(221, 221, 221); list-style: none; text-align: right; background-color: rgb(238, 238, 238);"><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">1</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">2</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">3</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">4</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">5</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">6</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">7</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">8</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">9</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">10</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">11</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">12</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">13</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">14</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">15</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">16</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">17</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">18</li></ul>

从上面代码可以看出，当HashMap的每个bucket里只有一个Entry，HaspMap可以快速从bucket里取出Entry。在发生”Hash冲突”的情况下，单个bucket里存储的不是一个Entry，而是Entry链，此时系统只能通过遍历每个Entry，直到找到搜索的Entry为止。

总结一下:

HaspMap在底层把一个KEy-Value当成一个整体Entry对象来处理。
HaspMap底层通过一个Entry[]数组来保存所有的key-value对。
对于每一个要存储的key-value，系统通过Hash算法确定其存储位置。
当需要取出一个Entry时，也会根据Hash值来找到其在数组中存储位置

再谈负载因子loadFactor:

HaspMap有一个默认的负载因子值0.75。这是时间和空间成本上的一种折衷:

增大负载因子可以减少Hash表(就是那个Entry[]数组)所占用内存空间，但会增大查询数据的时间开销，而查询是最频繁的操作(HashMap的get()和put()都要查询)

减少负载因子可以会提高数据查询的性能，但会增加Hash表所占用的内存空间。

现在我们合理的调整负载因子的值了。如果程序比较关心内存的开销，适当增加负载因子。如果比较关心时间开销，则适当减小负载因子，其实大部分情况下保持负载因子默认的0.75即可。