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HashMap 底层的数据结构
HashMap 底层是一个 hash 表加链表结构，jdk1.7 以后，链表长度达到阈值 (8) 以后会转成红黑树。
下面我们通过源码看看 HashMap 的底层实现。
源码解析
这里主要分析两个重要方法：put()和 resize()方法
put()方法
public V put(K key, V value) {return putVal(hash(key), key, value, false, true);
}put()方法中会将 key 的 hash 值传入到 putVal()方法中。
hash()方法
static final int hash(Object key) {
int h;
return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
}(h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16)这行代码叫做扰动函数，它可以将哈希值的高位与低位混合，以减少碰撞率。
这里提一下 ^ 异或运算符，我们平时写代码的时候可能不太常用到这个运算符，但是它在很多源码中都会出现，因为它属于位运算符，这必然决定了它的效率非常高，而且它还有个用途，就是用来变量交换。
^有两条重要性质：A^A=0，A^0=A。利用这两个性质，我们可以实现变量交换，而且不需要使用中间变量 temp。
a = a ^ b;// a 充当 temp
b = b ^ a;//b^a=b^a^b=a
a = b ^ a;//b^a=a^a^b=bputVal()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;
//tab 是外层的 Node 数组，如果 tab 是空的就通过扩容方法创建。if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
n = (tab = resize()).length;
// 取模运算，如果对应的 table 位置里没有 Node，就直接放进去。if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
// 否则，就是哈希冲突
else {
Node<K,V> e; K k;
// 两个 key 相同，直接覆盖
if (p.hash == hash && ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
e = p;
// p 是树类型，进行红黑树添加节点操作
else if (p instanceof TreeNode)
e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
// 否则是链表操作
else {for (int binCount = 0; ; ++binCount) {if ((e = p.next) == null) {p.next = newNode(hash, key, value, null);
// 如果链表长度超过 8，就会通过 treeifyBin()方法转成红黑树（HashMap 长度大于 64 才会转红黑树）if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st
treeifyBin(tab, hash);
break;
}
if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
break;
p = e;
}
}
if (e != null) { // existing mapping for key
V oldValue = e.value;
if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
e.value = value;
afterNodeAccess(e);
return oldValue;
}
}
++modCount;
// 节点数量超过最大阈值，就要进行扩容
if (++size > threshold)
resize();
afterNodeInsertion(evict);
return null;
}put()方法中计算元素要添加到 table 中的位置时，采用的是 (n - 1) & hash 来实现取模。这种做法有什么好处呢？
正常情况下，我们取模都是采用 %，也就是hash % 16，这样会得到 0 -15 之间的值。但是源码中采用的是& 与运算，这种做法怎么会是取模呢？记住：&与运算，在二进制中，两个为 1 则为 1，例如
16 = 0001 0000;
15 = 0000 1111;
hash = 0111 0110;
15 & hash = 0000 0110;结果的高四位肯定是 0000，最大值一定是 0000 1111，也就是 15，这种也保证了结果在 0 -15 之间。& 是位运算，效率要比 % 取模高很多 。但是这种做法 需要保证 table 的长度必须是 2 的 n 次方 ，这样 n - 1 才会保证高位都是 0，低位都是 1。通过这里也能看出高位是没有参与计算的，所以上面的 hash() 算法需要 h >>> 16 了。
resize()方法
final Node<K,V>[] resize() {Node<K,V>[] oldTab = table;
// 第一次 put 元素时，table 是空的，oldCap=0，最后 newCap= 初始容量，newThr= 负载因子×初始容量
//table=(Node<K,V>[])new Node[newCap]; 通过扩容方法达到初始化作用
// 第二次进来时，oldTab.length=16;oldCap=16;
int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length;
//oldThr=16*0.75=12;
int oldThr = threshold;
int newCap, newThr = 0;
if (oldCap > 0) {if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) {
// 如果 oldCap 超过最大值，threshold 就设置为 Integer 最大值
threshold = Integer.MAX_VALUE;
return oldTab;
}
//newCap=oldCap<<1=oldCap*2=32
else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY &&
oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)
//newThr=24
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);
}
// 第一次 put 元素时，newThr == 0
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"})
// 扩容成了原来的两倍
Node<K,V>[] newTab = (Node<K,V>[])new Node[newCap];
table = newTab;
if (oldTab != null) {for (int j = 0; j < oldCap; ++j) {//oldCap=16
Node<K,V> e;
if ((e = oldTab[j]) != null) {oldTab[j] = null;
if (e.next == null)
// 取模，和 putVal 里(n-1)&hash 一样
newTab[e.hash & (newCap - 1)] = e;
else if (e instanceof TreeNode)
// 走红黑树逻辑
((TreeNode<K,V>)e).split(this, newTab, j, oldCap);
else { // preserve order
// 低位链表
Node<K,V> loHead = null, loTail = null;
// 高位链表
Node<K,V> hiHead = null, hiTail = null;
Node<K,V> next;
do {
next = e.next;
//oldCap=16=0001 0000
// 任何数 &oldCap，要么是 0，要么是 16
if ((e.hash & oldCap) == 0) {// 进入低位链表
if (loTail == null)
loHead = e;
else
// 采用尾插法
loTail.next = e;
loTail = e;
}
else {// 进入高位链表
if (hiTail == null)
hiHead = e;
else
hiTail.next = e;
hiTail = e;
}
} while ((e = next) != null);
// 低位链表还是留在当前下标位置
if (loTail != null) {
loTail.next = null;
newTab[j] = loHead;
}
// 高位链表会进入 (当前下标 + 原数组长度) 的位置
if (hiTail != null) {
hiTail.next = null;
newTab[j + oldCap] = hiHead;
}
}
}
}
}
return newTab;
}扩容：首先是容量扩充为原来的两倍，然后链表中的元素，如果 hash 值 &oldCap 的值是 0，则索引不变，如果值是 oldCap，则索引值 +oldCap。
总结
HashMap 里的内容太多了，尤其是 1.7 以后引入红黑树，就更复杂了，我这里只是说了一下里面比较重要的两个方法。当然，HashMap 也是面试的高频问题之一。如果在高并发的情况下，推荐使用 ConcurrentHashMap，这是 HashMap 的线程安全版，里面添加了分段锁，这个后面再详说。
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