JDK 源码分析（4）—— HashMap/LinkedHashMap/Hashtable

JDK 源码分析（4）—— HashMap/LinkedHashMap/Hashtable

HashMap

HashMap采用的是哈希算法+链表冲突解决，table的大小永远为2次幂，因为在初始化的时候，会保证给定的初始容量为2次幂，如下：

// Find a power of 2 >= initialCapacity
int capacity = 1;
while (capacity < initialCapacity)
capacity <<= 1;

每一次扩展都为2的倍数，这样子的好处在于，计算HashCode之后，计算bucket index时就不需要进行求余运算，直接进行&运算即可（如2^3 - 1 = 0x0111，进行&运算就保证了在该值范围内，而不是2的次幂的话，就不行了，只能求余）

static int indexFor(int h, int length) {
return h & (length-1);
}

具体实现

put

put操作核心就在于先计算Hash找出对应的bucket，然后再看里面是否有对应的entry，如果没有，则新增，有则替换掉原来的值。在新增的过程中，如果判断出容量达到阈值，则要进行上述所讲的扩容。

public V put(K key, V value) {
if (key == null)
// 特殊处理，key为null的，放在bucket 0上
return putForNullKey(value);
// 计算hash code
int hash = hash(key);
// 计算bucket index
int i = indexFor(hash, table.length);
// 查找是否有值
for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) {
Object k;
if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {
V oldValue = e.value;
e.value = value;
e.recordAccess(this);
return oldValue;
}
}

// 没有则结构变更，modCount加1
modCount++;
// 添加entry
addEntry(hash, key, value, i);
return null;
}

void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
if ((size >= threshold) && (null != table[bucketIndex])) {
// 达到阈值，并且当前有冲突才会进行rehashing
// 2倍的速度增长
resize(2 * table.length);
hash = (null != key) ? hash(key) : 0;
bucketIndex = indexFor(hash, table.length);
}

// 添加新的entry
createEntry(hash, key, value, bucketIndex);
}

void createEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
Entry<K,V> e = table[bucketIndex];
table[bucketIndex] = new Entry<>(hash, key, value, e);
size++;
}

resize

重新哈希（rehashing），条件是

(size >= threshold) && (null != table[bucketIndex])

，达到阈值并且产生冲突。如果新容量大于设定的Hash算法切换阈值，有可能会切换Hash算法，这时Hash Code就要进行重新计算。

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];
boolean oldAltHashing = useAltHashing;
// 这里当虚拟机启动后，并且新的容量大于设定切换Hash的阈值，则切换Hash
useAltHashing |= sun.misc.VM.isBooted() &&
(newCapacity >= Holder.ALTERNATIVE_HASHING_THRESHOLD);
/* 这里的rehash指示是否需要重新计算HashCode，只有当Hash算法进行切换的时候才需要重新计算，
如果已经切换过来了，则不需要了 */
boolean rehash = oldAltHashing ^ useAltHashing;
transfer(newTable, rehash);
table = newTable;
threshold = (int)Math.min(newCapacity * loadFactor, MAXIMUM_CAPACITY + 1);
}

transfer

将entry转移到新的table表里面

void transfer(Entry[] newTable, boolean rehash) {
int newCapacity = newTable.length;
for (Entry<K,V> e : table) {
while(null != e) {
Entry<K,V> next = e.next;
// 这里就是指示是否需要重新计算HashCode
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;
}
}
}

get

get相对比较简单，计算Hash，定位到对应的bucket，然后再从bucket的链表中查找。

public V get(Object key) {
if (key == null)
return getForNullKey();
Entry<K,V> entry = getEntry(key);

return null == entry ? null : entry.getValue();
}

final Entry<K,V> getEntry(Object key) {
// 计算Hash code
int hash = (key == null) ? 0 : hash(key);
// 定位到对应的bucket
for (Entry<K,V> e = table[indexFor(hash, table.length)];
e != null;
e = e.next) {
// 循环，依次查找
Object k;
if (e.hash == hash &&
((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
return e;
}
return null;
}

LinkedHashMap

LinkedHashMap，一般用于在使用HashMap的时候，需要记录每个entry的插入顺序或者访问顺序（如LRU，FIFO）。在HashMap的基础上实现还是比较简单的，只需要自定义一个entry，继承HashMap的entry，在里面添加链表的特性，然后再覆盖对应的addEntry，使用自定义的entry即可。

关键字段：

accessOrder：用于控制节点排序为访问顺序还是插入的顺序，accessOrder=false可以实现FIFO的淘汰策略，accessOrder=true实现LRU，默认为false。

具体实现

put

put操作，通过对addEntry以及createEntry的方法来进行追加链表特性。

// put操作当需要添加entry时，会调用此addEntry方法
void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {

// 调用父类的实现，不作更改
super.addEntry(hash, key, value, bucketIndex);

// 当有必要的时候，会移除一些键值（通过覆盖removeEldestEntry方法来实现）
Entry<K,V> eldest = header.after;
if (removeEldestEntry(eldest)) {
/* 移除最老的键值对，这里最老的键值对判断方式由子类实现，
但是顺序由accessOrder实现，可以为LRU或者FIFO */
removeEntryForKey(eldest.key);
}
}

// 父类的entry会调用到此方法（因为覆盖了）
void createEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
HashMap.Entry<K,V> old = table[bucketIndex];
// 覆盖父类的createEntry是为了使用当前类定义的entry，具有链表的特性
Entry<K,V> e = new Entry<>(hash, key, value, old);
table[bucketIndex] = e;
e.addBefore(header);
size++;
}

get

Get操作也是覆盖了父类的实现，方便访问后调用子类的recordAccess。

public V get(Object key) {
Entry<K,V> e = (Entry<K,V>)getEntry(key);
if (e == null)
return null;
// 访问回调
e.recordAccess(this);
return e.value;
}

private static class Entry<K,V> extends HashMap.Entry<K,V> {
Entry<K,V> before, after;

void recordAccess(HashMap<K,V> m) {
LinkedHashMap<K,V> lm = (LinkedHashMap<K,V>)m;
// 这里accessOrder为false则不调整顺序
if (lm.accessOrder) {
// true则将当前访问的节点移动到的链表头
lm.modCount++;
remove();
addBefore(lm.header);
}
}
}

Hashtable

Hashtable和HashMap的区别：

Hashtable的基本操作采用同步实现，加了synchronized关键字

扩容策略，可以指定初始大小，后续以这个基础进行扩容，每次均为当前数值两倍（不一定是2次幂，采用求余运算）

取所有的key或者values时，返回的是Enumeration（也有keySet操作）