一、摘要
在集合系列的第一章，咱们了解到，Map 的实现类有 HashMap、LinkedHashMap、TreeMap、IdentityHashMap、WeakHashMap、Hashtable、Properties等等。
应该有很多人不知道 IdentityHashMap 的存在，其中不乏工作很多年的 Java 开发者，本文主要从数据结构和算法层面，探讨 IdentityHashMap 的实现。
二、简介
IdentityHashMap 的数据结构很简单，底层实际就是一个 Object 数组，但是在存储上并没有使用链表来存储，而是将 K 和 V 都存放在 Object 数组上。
当添加元素的时候，会根据 Key 计算得到散列位置，如果发现该位置上已经有改元素，直接进行新值替换；如果没有，直接进行存放。当元素个数达到一定阈值时，Object 数组会自动进行扩容处理。
打开 IdentityHashMap 的源码，可以看到 IdentityHashMap 继承了AbstractMap 抽象类，实现了Map接口、可序列化接口、可克隆接口。
public class IdentityHashMap<K,V>extends AbstractMap<K,V>implements Map<K,V>, java.io.Serializable, Cloneable
{/**默认容量大小*/private static final int DEFAULT_CAPACITY = 32;/**最小容量*/private static final int MINIMUM_CAPACITY = 4;/**最大容量*/private static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 29;/**用于存储实际元素的表*/transient Object[] table;/**数组大小*/int size;/**对Map进行结构性修改的次数*/transient int modCount;/**key为null所对应的值*/static final Object NULL_KEY = new Object();......
}
可以看到类的底层，使用了一个 Object 数组来存放元素；在对象初始化时，IdentityHashMap 容量大小为64；
public IdentityHashMap() {//调用初始化方法init(DEFAULT_CAPACITY);
}
private void init(int initCapacity) {//数组大小默认为初始化容量的2倍table = new Object[2 * initCapacity];
}
三、常用方法介绍
3.1、put方法
put 方法是将指定的 key, value 对添加到 map 里。该方法首先会对map做一次查找，通过==判断是否存在key，如果有，则将旧value返回，将新value覆盖旧value；如果没有，直接插入，数组长度+1，返回null。
源码如下：
public V put(K key, V value) {//判断key是否为空，如果为空，初始化一个Object为keyfinal Object k = maskNull(key);retryAfterResize: for (;;) {final Object[] tab = table;final int len = tab.length;//通过key、length获取数组小编int i = hash(k, len);//循环遍历是否存在指定的keyfor (Object item; (item = tab[i]) != null;i = nextKeyIndex(i, len)) {//通过==判断，是否数组中是否存在keyif (item == k) {V oldValue = (V) tab[i + 1];//新value覆盖旧valuetab[i + 1] = value;//返回旧valuereturn oldValue;}}//数组长度 +1final int s = size + 1;//判断是否需要扩容if (s + (s << 1) > len && resize(len))continue retryAfterResize;//更新修改次数modCount++;//将k加入数组tab[i] = k;//将value加入数组tab[i + 1] = value;size = s;return null;}
}
maskNull 函数，判断 key 是否为空
private static Object maskNull(Object key) {return (key == null ? NULL_KEY : key);
}
hash 函数，通过 key 获取 hash 值，结合数组长度通过位运算获取数组散列下标
private static int hash(Object x, int length) {int h = System.identityHashCode(x);// Multiply by -127, and left-shift to use least bit as part of hashreturn ((h << 1) - (h << 8)) & (length - 1);
}
nextKeyIndex 函数，通过 hash 函数计算得到的数组散列下标，进行加2；因为一个 key、value 都存放在数组中，所以一个 map 对象占用两个数组下标，所以加2。
private static int nextKeyIndex(int i, int len) {return (i + 2 < len ? i + 2 : 0);
}
resize 函数，通过数组长度，进行扩容处理，扩容之后的长度为当前长度的2倍
private boolean resize(int newCapacity) {//扩容后的数组长度，为当前数组长度的2倍int newLength = newCapacity * 2;Object[] oldTable = table;int oldLength = oldTable.length;if (oldLength == 2 * MAXIMUM_CAPACITY) { // can't expand any furtherif (size == MAXIMUM_CAPACITY - 1)throw new IllegalStateException("Capacity exhausted.");return false;}if (oldLength >= newLength)return false;Object[] newTable = new Object[newLength];//将旧数组内容转移到新数组for (int j = 0; j < oldLength; j += 2) {Object key = oldTable[j];if (key != null) {Object value = oldTable[j+1];oldTable[j] = null;oldTable[j+1] = null;int i = hash(key, newLength);while (newTable[i] != null)i = nextKeyIndex(i, newLength);newTable[i] = key;newTable[i + 1] = value;}}table = newTable;return true;
}
3.2、get方法
get 方法根据指定的 key 值返回对应的 value。同样的，该方法会循环遍历数组，通过==判断是否存在key，如果有，直接返回value，因为 key、value 是相邻的存储在数组中，所以直接在当前数组下标+1，即可获取 value；如果没有找到，直接返回null。
值得注意的地方是，在循环遍历中，是通过==判断当前元素是否与key相同，如果相同，则返回value。咱们都知道，在 java 中，==对于对象类型参数，判断的是引用地址，确切的说，是堆内存地址，所以，这里判断的是key的引用地址是否相同，如果相同，则返回对应的 value；如果不相同，则返回null。
源码如下：
public V get(Object key) {Object k = maskNull(key);Object[] tab = table;int len = tab.length;int i = hash(k, len);//循环遍历数组，直到找到key或者，数组为空为值while (true) {Object item = tab[i];//通过==判断，当前数组元素与key相同if (item == k)return (V) tab[i + 1];//数组为空if (item == null)return null;i = nextKeyIndex(i, len);}
}
3.3、remove方法
remove 的作用是通过 key 删除对应的元素。该方法会循环遍历数组，通过==判断是否存在key，如果有，直接将key、value设置为null，对数组进行重新排列，返回旧 value。
源码如下：
public V remove(Object key) {Object k = maskNull(key);Object[] tab = table;int len = tab.length;int i = hash(k, len);while (true) {Object item = tab[i];if (item == k) {modCount++;//数组长度减1size--;V oldValue = (V) tab[i + 1];//将key、value设置为nulltab[i + 1] = null;tab[i] = null;//删除该元素后，需要把原来有冲突往后移的元素移到前面来closeDeletion(i);return oldValue;}if (item == null)return null;i = nextKeyIndex(i, len);}
}
closeDeletion 函数，删除该元素后，需要把原来有冲突往后移的元素移到前面来，对数组进行重写排列；
private void closeDeletion(int d) {// Adapted from Knuth Section 6.4 Algorithm RObject[] tab = table;int len = tab.length;Object item;for (int i = nextKeyIndex(d, len); (item = tab[i]) != null;i = nextKeyIndex(i, len) ) {int r = hash(item, len);if ((i < r && (r <= d || d <= i)) || (r <= d && d <= i)) {tab[d] = item;tab[d + 1] = tab[i + 1];tab[i] = null;tab[i + 1] = null;d = i;}}
}
四、总结
-
IdentityHashMap的实现不同于HashMap，虽然也是数组，不过IdentityHashMap中没有用到链表，解决冲突的方式是计算下一个有效索引，并且将数据key和value紧挨着存在map中，即table[i]=key、table[i+1]=value； -
IdentityHashMap允许key、value都为null，当key为null的时候，默认会初始化一个Object对象作为key； -
IdentityHashMap在保存、删除、查询数据的时候，以key为索引，通过==来判断数组中元素是否与key相同，本质判断的是对象的引用地址，如果引用地址相同，那么在插入的时候，会将value值进行替换；
IdentityHashMap 测试例子：
public static void main(String[] args) {Map<String, String> identityMaps = new IdentityHashMap<String, String>();identityMaps.put(new String("aa"), "aa");identityMaps.put(new String("aa"), "bb");identityMaps.put(new String("aa"), "cc");identityMaps.put(new String("aa"), "cc");//输出添加的元素System.out.println("数组长度："+identityMaps.size() + "，输出结果：" + identityMaps);}
输出结果：
数组长度：4，输出结果：{aa=aa, aa=cc, aa=bb, aa=cc}
尽管key的内容是一样的，但是key的堆地址都不一样，所以在插入的时候，插入了4条记录。
五、参考
1、JDK1.7&JDK1.8 源码
2、简书 - 骑着乌龟去看海 - IdentityHashMap源码解析
3、博客园 - leesf - IdentityHashMap源码解析
六、写到最后
最近无意间获得一份阿里大佬写的技术笔记，内容涵盖 Spring、Spring Boot/Cloud、Dubbo、JVM、集合、多线程、JPA、MyBatis、MySQL 等技术知识。需要的小伙伴可以点击如下链接获取，资源地址：技术资料笔记。
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