HashMap的put流程知道吗

HashMap 的 put 方法算是 HashMap 中比较核心的功能了，复杂程度高但是算法巧妙，同时在上一版本的基础之上优化了存储结构，从链表逐步进化成了红黑树，以满足存取性能上的需要。本文逐行分析了 put 方法的执行流程，重点放在了对整个流程的把握，以后遇到相关问题时，也能够得心应手。

hash()函数

当我们put的时候，首先计算 key的hash值，这里调用了 hash方法，hash方法实际是让key.hashCode()与key.hashCode()>>>16进行异或操作，高16bit补0，一个数和0异或不变，所以 hash 函数大概的作用就是：高16bit不变，低16bit和高16bit做了一个异或，目的是减少碰撞。按照函数注释，因为bucket数组大小是2的幂，计算下标index = (table.length - 1) & hash，如果不做 hash 处理，相当于散列生效的只有几个低 bit 位，为了减少散列的碰撞，设计者综合考虑了速度、作用、质量之后，使用高16bit和低16bit异或来简单处理减少碰撞，而且JDK8中用了复杂度 O（logn）的树结构来提升碰撞下的性能。

上面提到的问题，主要是因为如果使用hashCode取余，那么相当于参与运算的只有hashCode的低位，高位是没有起到任何作用的，所以我们的思路就是让hashCode取值出的高位也参与运算，进一步降低hash碰撞的概率，使得数据分布更平均，我们把这样的操作称为扰动，在JDK 1.8中的hash()函数如下：

static final int hash(Object key) {

int h;

return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);// 与自己右移16位进行异或运算（高低位异或）

}

这比在JDK 1.7中，更为简洁，相比在1.7中的4次位运算，5次异或运算（9次扰动），在1.8中，只进行了1次位运算和1次异或运算（2次扰动）；

putVal方法执行流程图

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在这里插入图片描述

`put` 方法的工作流程：

判断键值对数组table[i]是否为空或为null，否则执行resize()进行扩容；
根据键值key计算hash值得到插入的数组索引i，如果table[i]==null，直接新建节点添加，转向⑥，如果table[i]不为空，转向③；
判断table[i]的首个元素是否和key一样，如果相同直接覆盖value，否则转向④，这里的相同指的是hashCode以及equals；
判断table[i] 是否为treeNode，即table[i] 是否是红黑树，如果是红黑树，则直接在树中插入键值对，否则转向5；
遍历table[i]，判断链表长度是否大于8，大于8且数组长度大于等于64的话把链表转换为红黑树，在红黑树中执行插入操作，否则进行链表的插入操作；遍历过程中若发现key已经存在直接覆盖value即可；
插入成功后，判断实际存在的键值对数量size是否超多了最大容量threshold，如果超过，进行扩容。

具体的源码如下所示：

  public V put(K key, V value) {return putVal(hash(key), key, value, false, true);
}static final int hash(Object key) {int h;return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
}//实现Map.put和相关方法final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,boolean evict) {Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, i;// 步骤①：tab为空则创建 // table未初始化或者长度为0，进行扩容if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)n = (tab = resize()).length;  // 步骤②：计算index，并对null做处理  // (n - 1) & hash 确定元素存放在哪个桶中，桶为空，新生成结点放入桶中(此时，这个结点是放在数组中)if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)tab[i] = newNode(hash, key, value, null);// 桶中已经存在元素else {Node<K,V> e; K k;// 步骤③：节点key存在，直接覆盖value// 比较桶中第一个元素(数组中的结点)的hash值相等，key相等if (p.hash == hash &&((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))// 将第一个元素赋值给e，用e来记录e = p;// 步骤④：判断该链为红黑树 // hash值不相等，即key不相等；为红黑树结点// 如果当前元素类型为TreeNode，表示为红黑树，putTreeVal返回待存放的node, e可能为nullelse if (p instanceof TreeNode)// 放入树中e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);// 步骤⑤：该链为链表 // 为链表结点else {// 在链表最末插入结点for (int binCount = 0; ; ++binCount) {// 到达链表的尾部//判断该链表尾部指针是不是空的if ((e = p.next) == null) {// 在尾部插入新结点p.next = newNode(hash, key, value, null);//判断链表的长度是否达到转化红黑树的临界值，临界值为8if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st//链表结构转树形结构treeifyBin(tab, hash);// 跳出循环break;}// 判断链表中结点的key值与插入的元素的key值是否相等if (e.hash == hash &&((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))// 相等，跳出循环break;// 用于遍历桶中的链表，与前面的e = p.next组合，可以遍历链表p = e;}}//判断当前的key已经存在的情况下，再来一个相同的hash值、key值时，返回新来的value这个值if (e != null) { // 记录e的valueV oldValue = e.value;// onlyIfAbsent为false或者旧值为nullif (!onlyIfAbsent || oldValue == null)//用新值替换旧值e.value = value;// 访问后回调afterNodeAccess(e);// 返回旧值return oldValue;}}// 结构性修改++modCount;// 步骤⑥：超过最大容量就扩容 // 实际大小大于阈值则扩容if (++size > threshold)resize();// 插入后回调afterNodeInsertion(evict);return null;}

HashMap的扩容操作是怎么实现的？

在jdk1.8中，resize方法是在hashmap中的键值对大于阀值时或者初始化时，就调用resize方法进行扩容；
每次扩展的时候，都是扩展2倍；
扩展后Node对象的位置要么在原位置，要么移动到原偏移量两倍的位置。
在putVal()中，我们看到在这个函数里面使用到了2次resize()方法，resize()方法表示的在进行第一次初始化时会对其进行扩容，或者当该数组的实际大小大于其临界值值(第一次为12),这个时候在扩容的同时也会伴随的桶上面的元素进行重新分发，这也是JDK1.8版本的一个优化的地方，在1.7中，扩容之后需要重新去计算其Hash值，根据Hash值对其进行分发，但在1.8版本中，则是根据在同一个桶的位置中进行判断(e.hash & oldCap)是否为0，重新进行hash分配后，该元素的位置要么停留在原始位置，要么移动到原始位置+增加的数组大小这个位置上

final Node<K,V>[] resize() {Node<K,V>[] oldTab = table;//oldTab指向hash桶数组int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length;int oldThr = threshold;int newCap, newThr = 0;if (oldCap > 0) {//如果oldCap不为空的话，就是hash桶数组不为空if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) {//如果大于最大容量了，就赋值为整数最大的阀值threshold = Integer.MAX_VALUE;return oldTab;//返回}//如果当前hash桶数组的长度在扩容后仍然小于最大容量 并且oldCap大于默认值16else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY &&oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)newThr = oldThr << 1; // double threshold 双倍扩容阀值threshold}// 旧的容量为0，但threshold大于零，代表有参构造有cap传入，threshold已经被初始化成最小2的n次幂// 直接将该值赋给新的容量else if (oldThr > 0) // initial capacity was placed in thresholdnewCap = oldThr;// 无参构造创建的map，给出默认容量和threshold 16, 16*0.75else {               // zero initial threshold signifies using defaultsnewCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY;newThr = (int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY);}// 新的threshold = 新的cap * 0.75if (newThr == 0) {float ft = (float)newCap * loadFactor;newThr = (newCap < MAXIMUM_CAPACITY && ft < (float)MAXIMUM_CAPACITY ?(int)ft : Integer.MAX_VALUE);}threshold = newThr;// 计算出新的数组长度后赋给当前成员变量table@SuppressWarnings({"rawtypes","unchecked"})Node<K,V>[] newTab = (Node<K,V>[])new Node[newCap];//新建hash桶数组table = newTab;//将新数组的值复制给旧的hash桶数组// 如果原先的数组没有初始化，那么resize的初始化工作到此结束，否则进入扩容元素重排逻辑，使其均匀的分散if (oldTab != null) {// 遍历新数组的所有桶下标for (int j = 0; j < oldCap; ++j) {Node<K,V> e;if ((e = oldTab[j]) != null) {// 旧数组的桶下标赋给临时变量e，并且解除旧数组中的引用，否则就数组无法被GC回收oldTab[j] = null;// 如果e.next==null，代表桶中就一个元素，不存在链表或者红黑树if (e.next == null)// 用同样的hash映射算法把该元素加入新的数组newTab[e.hash & (newCap - 1)] = e;// 如果e是TreeNode并且e.next!=null，那么处理树中元素的重排else if (e instanceof TreeNode)((TreeNode<K,V>)e).split(this, newTab, j, oldCap);// e是链表的头并且e.next!=null，那么处理链表中元素重排else { // preserve order// loHead,loTail 代表扩容后不用变换下标，见注1Node<K,V> loHead = null, loTail = null;// hiHead,hiTail 代表扩容后变换下标，见注1Node<K,V> hiHead = null, hiTail = null;Node<K,V> next;// 遍历链表do {             next = e.next;if ((e.hash & oldCap) == 0) {if (loTail == null)// 初始化head指向链表当前元素e，e不一定是链表的第一个元素，初始化后loHead// 代表下标保持不变的链表的头元素loHead = e;else                                // loTail.next指向当前eloTail.next = e;// loTail指向当前的元素e// 初始化后，loTail和loHead指向相同的内存，所以当loTail.next指向下一个元素时，// 底层数组中的元素的next引用也相应发生变化，造成lowHead.next.next.....// 跟随loTail同步，使得lowHead可以链接到所有属于该链表的元素。loTail = e;                           }else {if (hiTail == null)// 初始化head指向链表当前元素e, 初始化后hiHead代表下标更改的链表头元素hiHead = e;elsehiTail.next = e;hiTail = e;}} while ((e = next) != null);// 遍历结束, 将tail指向null，并把链表头放入新数组的相应下标，形成新的映射。if (loTail != null) {loTail.next = null;newTab[j] = loHead;}if (hiTail != null) {hiTail.next = null;newTab[j + oldCap] = hiHead;}}}}}return newTab;}

HashMap为什么不直接使用hashCode()处理后的哈希值直接作为table的下标？

答：hashCode()方法返回的是int整数类型，其范围为-(2 ^ 31)~(2 ^ 31 - 1)，约有40亿个映射空间，而HashMap的容量范围是在16（初始化默认值）~2 ^ 30，HashMap通常情况下是取不到最大值的，并且设备上也难以提供这么多的存储空间，从而导致通过hashCode()计算出的哈希值可能不在数组大小范围内，进而无法匹配存储位置；

那怎么解决呢？

HashMap自己实现了自己的hash()方法，通过两次扰动使得它自己的哈希值高低位自行进行异或运算，降低哈希碰撞概率也使得数据分布更平均；
在保证数组长度为2的幂次方的时候，使用hash()运算之后的值与运算（&）（数组长度 - 1）来获取数组下标的方式进行存储，这样一来是比取余操作更加有效率，二来也是因为只有当数组长度为2的幂次方时，h&(length-1)才等价于h%length，三来解决了“哈希值与数组大小范围不匹配”的问题；