1. 前言

上一篇从源码方面了解了JDK1.7中Hashmap的实现原理，可以看到其源码相对还是比较简单的。本篇笔者和大家一起学习下JDK1.8下Hashmap的实现。JDK1.8中对Hashmap做了以下改动。

默认初始化容量=0
引入红黑树，优化数据结构
将链表头插法改为尾插法，解决1.7中多线程循环链表的bug
优化hash算法
resize计算索引位置的算法改进
先插入后扩容

2. Hashmap中put()过程

笔者的源码是OpenJDK1.8的源码。

JDK1.8中，Hashmap将基本元素由Entry换成了Node，不过查看源码后发现换汤不换药，这里没啥好说的。

下图是一位大神级别画的图，自己就不再造轮子了。客官请看

put()源码如下

    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<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, i;

        // 判断数组是否为空，长度是否为0，是则进行扩容数组初始化

        if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)

            n = (tab = resize()).length;

        // 通过hash算法找到数组下标得到数组元素，为空则新建

        if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)

            tab[i] = newNode(hash, key, value, null);

        else {

            Node<K,V> e; K k;

            // 找到数组元素，hash相等同时key相等，则直接覆盖

            if (p.hash == hash &&

                ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))

                e = p;

            // 该数组元素在链表长度>8后形成红黑树结构的对象,p为树结构已存在的对象

            else if (p instanceof TreeNode)

                e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);

            else {

                // 该数组元素hash相等，key不等，同时链表长度<8.进行遍历寻找元素，有就覆盖无则新建

                for (int binCount = 0; ; ++binCount) {

                    if ((e = p.next) == null) {

                        // 新建链表中数据元素，尾插法

                        p.next = newNode(hash, key, value, null);

                        if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st

                            // 链表长度>=8 结构转为 红黑树

                            treeifyBin(tab, hash);

                        break;

                    }

                    if (e.hash == hash &&

                        ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))

                        break;

                    p = e;

                }

            }

            // 新值覆盖旧值

            if (e != null) { // existing mapping for key

                V oldValue = e.value;

                // onlyIfAbsent默认false

                if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)

                    e.value = value;

                afterNodeAccess(e);

                return oldValue;

            }

        }

        ++modCount;

        // 判断是否需要扩容

        if (++size > threshold)

            resize();

        afterNodeInsertion(evict);

        return null;

    }

基本过程如下:

检查数组是否为空，执行resize()扩充；在实例化HashMap时，并不会进行初始化数组）
通过hash值计算数组索引，获取该索引位的首节点。
如果首节点为null（没发生碰撞），则创建新的数组元素，直接添加节点到该索引位(bucket)。
如果首节点不为null（发生碰撞），那么有3种情况

① key和首节点的key相同，覆盖old value（保证key的唯一性）；否则执行②或③

② 如果首节点是红黑树节点（TreeNode），将键值对添加到红黑树。

③ 如果首节点是链表，进行遍历寻找元素，有就覆盖无则新建，将键值对添加到链表。添加之后会判断链表长度是否到达TREEIFY_THRESHOLD - 1这个阈值，“尝试”将链表转换成红黑树。
最后判断当前元素个数是否大于threshold，扩充数组。

3. Hashmap中get()过程

    public V get(Object key) {

        Node<K,V> e;

        return (e = getNode(hash(key), key)) == null ? null : e.value;

    }

    final Node<K,V> getNode(int hash, Object key) {

        Node<K,V>[] tab; Node<K,V> first, e; int n; K k;

        if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 &&

            (first = tab[(n - 1) & hash]) != null) {

            // 永远检查第一个node

            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)  // 树查找

                    return ((TreeNode<K,V>)first).getTreeNode(hash, key);

                do {

                    if (e.hash == hash &&   // 遍历链表

                        ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))

                        return e;

                } while ((e = e.next) != null);

            }

        }

        return null;

    }

在Hashmap1.8中，无论是存元素还是取元素，都是优先判断bucket上第一个元素是否匹配，而在1.7中则是直接遍历查找。

基本过程如下:

根据key计算hash;
检查数组是否为空，为空返回null;
根据hash计算bucket位置，如果bucket第一个元素是目标元素，直接返回。否则执行4;
如果bucket上元素大于1并且是树结构，则执行树查找。否则执行5;
如果是链表结构，则遍历寻找目标

4. Hashmap中resize()过程

    final Node<K,V>[] resize() {

        Node<K,V>[] oldTab = table;

        int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length;

        int oldThr = threshold;

        int newCap, newThr = 0;

        if (oldCap > 0) {

            // 如果已达到最大容量不在扩容

            if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) {

                threshold = Integer.MAX_VALUE;

                return oldTab;

            }

            // 通过位运算扩容到原来的两倍

            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);

        }

        // 新的扩容临界值

        threshold = newThr;

        @SuppressWarnings({"rawtypes","unchecked"})

            Node<K,V>[] newTab = (Node<K,V>[])new Node[newCap];

        table = newTab;

        if (oldTab != null) {

            for (int j = 0; j < oldCap; ++j) {

                Node<K,V> e;

                if ((e = oldTab[j]) != null) {

                    oldTab[j] = null;

                    // 如果该位置元素没有next节点，将该元素放入新数组

                    if (e.next == null)

                        newTab[e.hash & (newCap - 1)] = e;

                    else if (e instanceof TreeNode)

                        // 树节点

                        ((TreeNode<K,V>)e).split(this, newTab, j, oldCap);

                    else { // preserve order

                        // 链表节点。

                        // lo串的新索引位置与原先相同

                        Node<K,V> loHead = null, loTail = null;

                        // hi串的新索引位置为[原先位置j+oldCap]

                        Node<K,V> hiHead = null, hiTail = null;

                        Node<K,V> next;

                        do {

                            next = e.next;

                            // 原索引，oldCap是2的n次方，二进制表示只有一个1，其余是0

                            if ((e.hash & oldCap) == 0) {

                                if (loTail == null)

                                    loHead = e;

                                else

                                    // 尾插法

                                    loTail.next = e;

                                loTail = e;

                            }

                            // 原索引+oldCap

                            else {

                                if (hiTail == null)

                                    hiHead = e;

                                else

                                    hiTail.next = e;

                                hiTail = e;

                            }

                        } while ((e = next) != null);

                        // 根据hash判断该bucket上的整个链表的index还是旧数组的index，还是index+oldCap

                        if (loTail != null) {

                            loTail.next = null;

                            newTab[j] = loHead;

                        }

                        if (hiTail != null) {

                            hiTail.next = null;

                            newTab[j + oldCap] = hiHead;

                        }

                    }

                }

            }

        }

        return newTab;

    }

JDK1.8版本中扩容相对复杂。在1.7版本中，重新根据hash计算索引位置即可；而在1.8版本中分2种情况，下边用图例来解释。

5. 总结

其余还有为什么阈值=8转红黑树，长度<=6 转链表这些问题。基本都是数据科学家根据概率做出的经验值，同时避免数据结构频繁的转换引起的性能开销。

整体看来，JDK1.8主要在数据结构、算法和性能上对1.7进行了优化。

6. AD

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巴特西

Java面试必问之Hashmap底层实现原理(JDK1.8)