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首先，先对hashMap有个大概的认识，之前文章中，介绍了ArrayList 和LinkedList 他们的各自优缺点，HashMap是将二者进行了一个结合，其内部维护了一个数组，其中数组的元素是一个链表（单向链表），

Entry<k,v>[] table 

关于HashMap先了解其中比较重要的几个属性：

threshold: 数组长度大于设定的threshold值，进行扩容，

size:  HashMap中元素的数量

loadFactor:加载因子，使用加载因子和table数组的capacity 计算threshod, 来决定什么时候进行扩容

treeify_threshold 数组中链表所允许的最大长度，超过这个长度，将链表转为红黑树

untreeify_threshold 在移除数组中元素时，当红黑树的长度小于这个值时，需要把红黑树转为链表

这篇文章从下面几个方面介绍HashMap

• 添加元素
• 扩容
• 并发情况下发生的死锁

先来看下数组中存放的对象

static class Entry
   
     implements Map.Entry
    
      {    final K key;    V value;    Entry
     
       next;    int hash;table数组中，key，value 就是我们添加进去的元素，hash，是通过Object类中的hash,以及HashMap中hash方法计算出来的，next 指向链表中的下一个元素。
     
    
   

通过无参数的方式创建一个hashMap时

/** * Constructs an empty HashMap with the default initial capacity * (16) and the default load factor (0.75). */public HashMap() {    this(DEFAULT_INITIAL_CAPACITY, DEFAULT_LOAD_FACTOR);}

会给出一个默认的数组长读和一个默认的加载因子，默认是的长度是16，加载因子0.75f, table的长度必须是2的幂次方，这个是因为在通过table的长度，&运算来快速地计算出key值在数组中存放的索引。

1、1先来看HashMap中关于根据key值，和key值对应的hash值，来计算在table数组中存放索引的方法。（jdk1.8）

static final int hash(Object key) {    int h;    return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);}

key.hashCode（这个是object类当中的方法，当然如果是具体的对象，可以重写hashCode）会返回key值得hash码，key.hash 的高16和低16 进行异或计算，在table长度较小的情况下，也可以使数据相对来说分布的比较均匀。

接下来 （n-1）&hash 是相当于取模运算，table的长度设置成2的幂次方，所以这个操作从速度上会比直接 hash%n 效率更高。

1、2 关于put元素操作

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

final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,               boolean evict) {    Node
   
    [] tab; Node
    
      p; int n, i;    if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)  //如果当前table 为空，执行resize方法        n = (tab = resize()).length; //①    if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)        tab[i] = newNode(hash, key, value, null); //②    else {        Node
     
       e; K k;        if (p.hash == hash &&            ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) //这里就表明了为什么重写hashcode时，需要重写equals方法            e = p; //③        else if (p instanceof TreeNode)            e = ((TreeNode
      
       )p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value); //④        else {            for (int binCount = 0; ; ++binCount) {                if ((e = p.next) == null) {                    p.next = newNode(hash, key, value, null);                    if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st                        treeifyBin(tab, hash); //⑤                    break;                }                if (e.hash == hash &&                    ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))                    break;                p = e; //⑥            }        }        if (e != null) { // existing mapping for key            V oldValue = e.value;            if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)                e.value = value;            afterNodeAccess(e);            return oldValue;        }    }    ++modCount;    if (++size > threshold)        resize();    afterNodeInsertion(evict);    return null;}
      
     
    
   

<1>判断table是否为空，如果是，创建一个指定长度为16的Entry数组，

<2> 判断当前添加元素的hash值碰撞出来的索引上是否有元素，如果这个索引上没有元素，直接创建一个新的Entry，放置在当前位置上

<3> 如果当前hash值进行碰撞后，发现这个索引位置上是有元素的，并且这个索引所在的元素的key值和当前要添加的元素的key值相同（这里也说明了为什么在重写equals方法的同时也要重写hashCode方法），认为这个元素在数组中是存在的，那么将替换掉旧的value值，并且返回旧的value值

<4>如果说碰撞后，该索引上是有元素的，但是元素的值和我们要添加的key不相同，并且当前链表的类型是红黑树，那么我们就在红黑树下面添加一个元素。（关于红黑树这里不展开讨论）

<5>如果key不相同，并且当前链表的类型也不属于红黑树，就是一个单向链表，就按照链表的形式添加元素，在这里添加的时候会先判断，当前索引位置上链表的下一个元素是否为null, 如果是null直接创建一个新的节点，作为当前数组中链表中第一个元素的下个元素，判断当前链表的长度是否大于等于 treeify_threshold(默认是8)，如果是，将链表转为红黑树

<6>如果数组中这个链表的下个元素的key和要添加的元素的key相同，会将当前value替换掉原来的value,并返回 oldValue.

以上就是HashMap在添加元素的操作。

• HashMap的扩容

HashMap的扩容一般是当数组中的元素，大于threshold（capactity*loadFactor）值时，会进行扩容操作, 在进行扩容之后，会对原来的元素再进行一次索引计算，使之前的元素尽可能均匀的分布在数组当中，同时在扩容之后，每个链表中的元素也会发生变化。我们看下扩容的代码，当前扩容操作基于jdk1.7，每次扩容，新的容量都是旧容量的二倍。（capactity必须为2的幂次方）

void resize(int newCapacity) {    Entry[] oldTable = table;    int oldCapacity = oldTable.length;    if (oldCapacity == MAXIMUM_CAPACITY) {        threshold = Integer.MAX_VALUE;        return;    }    Entry[] newTable = new Entry[newCapacity];    transfer(newTable, initHashSeedAsNeeded(newCapacity)); //数据拷贝    table = newTable;    threshold = (int)Math.min(newCapacity * loadFactor, MAXIMUM_CAPACITY + 1);}

/** * Transfers all entries from current table to newTable. */void transfer(Entry[] newTable, boolean rehash) {    int newCapacity = newTable.length;    for (Entry
   
     e : table) {        while(null != e) {            Entry
    
      next = e.next;            if (rehash) {                e.hash = null == e.key ? 0 : hash(e.key);            }            int i = indexFor(e.hash, newCapacity); //仅在1.7            e.next = newTable[i];            newTable[i] = e;            e = next;        }    }}
    
   

扩容操作是先基于新的容器大小创建出来一个新的数组，然后将旧数组中的元素进行散列后，复制到新的数组当中。我们用具体的数据看下，

假设原来数组的长度是2，有三个元素，hash值分别是key3,key7,key5 根据取模运算，key3,key7,key5 都存在与索引为1的数组上，且他们之间的顺序是 key3-->key7-->key5

如果进行扩容，扩容之后，数组的长度是4，对于原来key3,key7,key5这三个元素，取模后对应的就是3,3,1 也就是，会有key3,key7将会被放置在索引为3处，5 将会存放在索引为1处。

上面while循环中，是进行倒置操作，比如原来链表指向是key3-->key7-->key5, 会先拿到key3,计算后放在索引为3处，接下来，将其链表下一个元素设置为null, 接下来key7, 计算索引得到也是3，先把key7它后面的元素设置成之前放上去的key3, 然后再把key7 放在索引为3的起始位置。整个过程下来，就发现，原来链表当中key3 下一个元素是key7, 在扩容后，链表当中的顺序被修改了

在jdk8 当中用了一个更好地实现方式

final Node
   
    [] resize() {    Node
    
     [] oldTab = table;    int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length;    int oldThr = threshold;    int newCap, newThr = 0;    if (oldCap > 0) {        if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) {            threshold = Integer.MAX_VALUE;            return oldTab;        }        else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY &&                 oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)            newThr = oldThr << 1; // double threshold    }    else if (oldThr > 0) // initial capacity was placed in threshold        newCap = oldThr;    else {               // zero initial threshold signifies using defaults        newCap = 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;    @SuppressWarnings({"rawtypes","unchecked"})        Node
     
      [] newTab = (Node
      
       [])new Node[newCap];    table = newTab;    if (oldTab != null) {        for (int j = 0; j < oldCap; ++j) {            Node
       
         e;            if ((e = oldTab[j]) != null) {                oldTab[j] = null;                if (e.next == null)                    newTab[e.hash & (newCap - 1)] = e;                else if (e instanceof TreeNode)                    ((TreeNode
        
         )e).split(this, newTab, j, oldCap); else { // preserve order Node
         
           loHead = null, loTail = null; Node
          
            hiHead = null, hiTail = null; Node
           
             next; do { next = e.next; if ((e.hash & oldCap) == 0) { if (loTail == null) loHead = e; else loTail.next = e; loTail = e; } else { if (hiTail == null) hiHead = e; else hiTail.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;}
           
          
         
        
       
      
     
    
   

经过观察发现，每次扩容都是原来长度的2倍，所以重新散列后计算出来的位置，要么是在原来的位置，要么是在原来的位置+oldCapacity, 只需要判断hash值和原来的长度进行&与操作，如果是0，表示扩容后索引不变，1的话，索引变为当前索引+oldCapacity

• 关于高并发情况下，HashMap导致死循环问题

while(null != e) {    Entry
   
     next = e.next;    if (rehash) {        e.hash = null == e.key ? 0 : hash(e.key);    }    int i = indexFor(e.hash, newCapacity);    e.next = newTable[i];    newTable[i] = e;    e = next;}
   

还是上面的例子，数组长度为2，load_factor是0.75，里面存放hash值分别是3,7,5的key3,key7,key5

当线程A 执行到e=key3, e.next= key7 时

假设线程B 也进入这个循环当中，并且进行扩容结束

table[3]=key3-->key7

table[1]=key5

此时线程继续进行while循环内部操作，会发现，key3-->key7,而key7-->key3,他们的next指向进入了循环依赖，当前while循环永远无法结束。（关于这部分内容，网上有给出很详细的分析过程，如果难以理解，把上面参数代入，进行代码走查，就可以完全理解这种死循环发生的原因）

• get查询

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

final Node
   
     getNode(int hash, Object key) {    Node
    
     [] tab; Node
     
       first, e; int n; K k;    if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 &&        (first = tab[(n - 1) & hash]) != null) {        if (first.hash == hash && // always check first node            ((k = first.key) == key || (key != null && key.equals(k))))            return first;        if ((e = first.next) != null) {            if (first instanceof TreeNode)                return ((TreeNode
      
       )first).getTreeNode(hash, key);            do {                if (e.hash == hash &&                    ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))                    return e;            } while ((e = e.next) != null);        }    }    return null;}
      
     
    
   

关于查询操作，首先是计算出当前key的hash值，根据key和hash值，去数组当中查找，根据hash及数组长度与操作计算出索引位置，然后需要注意的是，对于一地个节点要单独进行匹配判断，原因是除了第一个节点，数组当中的对象有可能是红黑树，也有可能是单向链表，两者的查找方式不同。

总结：hashMap的查找方式相对于ArrayList循环整个数组，逐个比对，速度上要快很多。

• 数组table 为什么是transizent 修饰，即不可以序列化的

可以看到HashMap对于key的操作是基于jdk中Object类当中hash方法，然后再进行hash值高16位和低16位异或运算，最后进行基于长度取模运算来得到存放的索引位置。Object类中hashCode是navative, 基于不同的虚拟机有不同的实现方式。如果每个平台上计算出来的索引值不同，那么在跨平台传输时，就会发生数据错乱。

为了解决这个问题，HashMap提供了writeObejct和readObject方法，这个不作为重点分析，有兴趣可以去看下。其实集合当中对于存储数据的大部分都是transient，因为集合当中数组拷贝也是基本虚拟机的

public native int hashCode();参考：