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V getValue(); V setValue(V value); boolean equals(Object o); int hashCode(); } ``` Node 节点会存储四个属性，hash值，key，value，指向下一个Node节点的引用 ```java // hash值 final int hash; // 键 final K key; // 值 V value; // 指向下一个Node节点的Node类型 Node next; ``` 因为Map.Entry 是一条条entry 链连接在一起的，所以Node节点也是一条条entry链。构造一个新的HashMap实例的时候，会把这四个属性值分为传入 ```java Node(int hash, K key, V value, Node next) { this.hash = hash; this.key = key; this.value = value; this.next = next; } ``` 实现了 Map.Entry 接口所以必须实现其中的方法，所以 Node 节点中也包括上面的五个方法 #### KeySet 内部类 keySet 类继承于 AbstractSet 抽象类，它是由 HashMap 中的 `keyset()` 方法来创建 KeySet 实例的，旨在对HashMap 中的key键进行操作，看一个代码示例  图中把**1, 2, 3**这三个key 放在了HashMap中，然后使用 lambda 表达式循环遍历 key 值，可以看到，map.keySet() 其实是返回了一个 Set 接口，KeySet() 是在 Map 接口中进行定义的，不过是被HashMap 进行了实现操作，来看一下源码就明白了 ```java // 返回一个set视图，这个视图中包含了map中的key。 public Set keySet() { // // keySet 指向的是 AbstractMap 中的 keyset Set ks = keySet; if (ks == null) { // 如果 ks 为空，就创建一个 KeySet 对象 // 并对 ks 赋值。 ks = new KeySet(); keySet = ks; } return ks; } ``` 所以 KeySet 类中都是对 Map中的 Key 进行操作的：  #### Values 内部类 Values 类的创建其实是和 KeySet 类很相似，不过 KeySet 旨在对 Map中的键进行操作，Values 旨在对`key-value` 键值对中的 value 值进行使用，看一下代码示例：  循环遍历 Map中的 values值，看一下 values() 方法最终创建的是什么： ```java public Collection values() { // values 其实是 AbstractMap 中的 values Collection vs = values; if (vs == null) { vs = new Values(); values = vs; } return vs; } ``` 所有的 values 其实都存储在 AbstractMap 中，而 Values 类其实也是实现了 Map 中的 Values 接口，看一下对 values 的操作都有哪些方法  其实是和 key 的操作差不多 #### EntrySet 内部类 上面提到了HashMap中分别有对 key、value 进行操作的，其实还有对 `key-value` 键值对进行操作的内部类，它就是 EntrySet，来看一下EntrySet 的创建过程：  点进去 entrySet() 会发现这个方法也是在 Map 接口中定义的，HashMap对它进行了重写 ```java // 返回一个 set 视图，此视图包含了 map 中的key-value 键值对 public Set> entrySet() { Set> es; return (es = entrySet) == null ? (entrySet = new EntrySet()) : es; } ``` 如果 es 为空创建一个新的 EntrySet 实例，EntrySet 主要包括了对key-value 键值对映射的方法，如下  ### HashMap 1.7 的底层结构 JDK1.7 中，HashMap 采用位桶 + 链表的实现，即使用链表来处理冲突，同一 hash 值的链表都存储在一个数组中。但是当位于一个桶中的元素较多，即 hash 值相等的元素较多时，通过 key 值依次查找的效率较低。它的数据结构如下  HashMap 底层数据结构就是一个 Entry 数组，Entry 是 HashMap 的基本组成单元，每个 Entry 中包含一个 key-value 键值对。 ```java transient Entry[] table = (Entry[]) EMPTY_TABLE; ``` 而每个 Entry 中包含 **hash, key ,value** 属性，它是 HashMap 的一个内部类 ```java static class Entry implements Map.Entry { final K key; V value; Entry next; int hash; Entry(int h, K k, V v, Entry n) { value = v; next = n; key = k; hash = h; } ... } ``` 所以，HashMap 的整体结构就像下面这样  ### HashMap 1.8 的底层结构 与 JDK 1.7 相比，1.8 在底层结构方面做了一些改变，当每个桶中元素大于 8 的时候，会转变为红黑树，目的就是优化查询效率，JDK 1.8 重写了 `resize()` 方法。  ### HashMap 重要属性 **初始容量** HashMap 的默认初始容量是由 `DEFAULT_INITIAL_CAPACITY` 属性管理的。 ```java static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; ``` HashMaap 的默认初始容量是 1 << 4 = 16， << 是一个`左移`操作，它相当于是  **最大容量** HashMap 的最大容量是 ```java static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30; ``` 这里是不是有个疑问？int 占用四个字节，按说最大容量应该是左移 31 位，为什么 HashMap 最大容量是左移 30 位呢？因为在数值计算中，最高位也就是最左位的`位` 是代表着符号为，0 -> 正数，1 -> 负数，容量不可能是负数，所以 HashMap 最高位只能移位到 2 ^ 30 次幂。 **默认负载因子** HashMap 的默认负载因子是 ```java static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f; ``` float 类型所以用 `.f` 为单位，负载因子是和扩容机制有关，这里大致提一下，后面会细说。扩容机制的原则是当 HashMap 中存储的数量 > HashMap 容量 * 负载因子时，就会把 HashMap 的容量扩大为原来的二倍。 HashMap 的第一次扩容就在 DEFAULT_INITIAL_CAPACITY * DEFAULT_LOAD_FACTOR = 12 时进行。 **树化阈值** HashMap 的树化阈值是 ```java static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8; ``` 在进行添加元素时，当一个桶中存储元素的数量 > 8 时，会自动转换为红黑树（JDK1.8 特性）。 **链表阈值** HashMap 的链表阈值是 ```java static final int UNTREEIFY_THRESHOLD = 6; ``` 在进行删除元素时，如果一个桶中存储元素数量 < 6 后，会自动转换为链表 **扩容临界值** ```java static final int MIN_TREEIFY_CAPACITY = 64; ``` 这个值表示的是当桶数组容量小于该值时，优先进行扩容，而不是树化 **节点数组** HashMap 中的节点数组就是 Entry 数组，它代表的就是 HashMap 中 **数组 + 链表** 数据结构中的数组。 ```java transient Node[] table; ``` Node 数组在第一次使用的时候进行初始化操作，在必要的时候进行 `resize`，resize 后数组的长度扩容为原来的二倍。 **键值对数量** 在 HashMap 中，使用 `size` 来表示 HashMap 中键值对的数量。 **修改次数** 在 HashMap 中，使用 `modCount` 来表示修改次数，主要用于做并发修改 HashMap 时的快速失败 - fail-fast 机制。 **扩容阈值** 在 HashMap 中，使用 `threshold` 表示扩容的阈值，也就是 初始容量 * 负载因子的值。 threshold 涉及到一个扩容的阈值问题，这个问题是由 `tableSizeFor` 源码解决的。我们先看一下它的源码再来解释 ```java static final int tableSizeFor(int cap) { int n = cap - 1; n |= n >>> 1; n |= n >>> 2; n |= n >>> 4; n |= n >>> 8; n |= n >>> 16; return (n < 0) ? 1 : (n >= MAXIMUM_CAPACITY) ? MAXIMUM_CAPACITY : n + 1; } ``` 代码中涉及一个运算符 `|=` ，它表示的是按位或，啥意思呢？你一定知道 **a+=b 的意思是 a=a+b**，那么 **同理：a |= b 就是 a = a | b **，也就是双方都转换为二进制，来进行与操作。如下图所示  我们上面采用了一个比较大的数字进行扩容，由上图可知 2^29 次方的数组经过一系列的或操作后，会算出来结果是 2^30 次方。 所以扩容后的数组长度是原来的 2 倍。 **负载因子** `loadFactor` 表示负载因子，它表示的是 HashMap 中的密集程度。 ### HashMap 构造函数 在 HashMap 源码中，有四种构造函数，分别来介绍一下 * 带有`初始容量 initialCapacity` 和 `负载因子 loadFactor` 的构造函数 ```java public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) { if (initialCapacity < 0) throw new IllegalArgumentException("Illegal initial capacity: " + initialCapacity); if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY) initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY; if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor)) throw new IllegalArgumentException("Illegal load factor: " + loadFactor); this.loadFactor = loadFactor; // 扩容的阈值 this.threshold = tableSizeFor(initialCapacity); } ``` 初始容量不能为负，所以当传递初始容量 < 0 的时候，会直接抛出 `IllegalArgumentException` 异常。如果传递进来的初始容量 > 最大容量时，初始容量 = 最大容量。负载因子也不能小于 0 。然后进行数组的扩容，这个扩容机制也非常重要，我们后面进行探讨 * 只带有 initialCapacity 的构造函数 ```java public HashMap(int initialCapacity) { this(initialCapacity, DEFAULT_LOAD_FACTOR); } ``` 最终也会调用到上面的构造函数，不过这个默认的负载因子就是 HashMap 的默认负载因子也就是 `0.75f` * 无参数的构造函数 ```java public HashMap() { this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR; } ``` 默认的负载因子也就是 0.75f * 带有 map 的构造函数 ```java public HashMap(Map extends K, ? extends V> m) { this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR; putMapEntries(m, false); } ``` 带有 Map 的构造函数，会直接把外部元素批量放入 HashMap 中。 ### 讲一讲 HashMap put 的全过程 我记得刚毕业一年去北京面试，一家公司问我 HashMap put 过程的时候，我支支吾吾答不上来，后面痛下决心好好整。以 JDK 1.8 为基准进行分析，后面也是。先贴出整段代码，后面会逐行进行分析。 ```java final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent, boolean evict) { Node[] tab; Node p; int n, i; // 如果table 为null 或者没有为 table 分配内存，就resize一次 if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0) n = (tab = resize()).length; // 指定hash值节点为空则直接插入，这个(n - 1) & hash才是表中真正的哈希 if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null) tab[i] = newNode(hash, key, value, null); // 如果不为空 else { Node e; K k; // 计算表中的这个真正的哈希值与要插入的key.hash相比 if (p.hash == hash && ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) e = p; // 若不同的话，并且当前节点已经在 TreeNode 上了 else if (p instanceof TreeNode) // 采用红黑树存储方式 e = ((TreeNode)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value); // key.hash 不同并且也不再 TreeNode 上，在链表上找到 p.next==null else { for (int binCount = 0; ; ++binCount) { if ((e = p.next) == null) { // 在表尾插入 p.next = newNode(hash, key, value, null); // 新增节点后如果节点个数到达阈值，则进入 treeifyBin() 进行再次判断 if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st treeifyBin(tab, hash); break; } // 如果找到了同 hash、key 的节点，那么直接退出循环 if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) break; // 更新 p 指向下一节点 p = e; } } // map中含有旧值，返回旧值 if (e != null) { // existing mapping for key V oldValue = e.value; if (!onlyIfAbsent || oldValue == null) e.value = value; afterNodeAccess(e); return oldValue; } } // map调整次数 + 1 ++modCount; // 键值对的数量达到阈值，需要扩容 if (++size > threshold) resize(); afterNodeInsertion(evict); return null; } ``` 首先看一下 `putVal` 方法，这个方法是 final 的，如果你自已定义 HashMap 继承的话，是不允许你自己重写 put 方法的，然后这个方法涉及五个参数 * hash -> put 放在桶中的位置，在 put 之前，会进行 hash 函数的计算。 * key -> 参数的 key 值 * value -> 参数的 value 值 * onlyIfAbsent -> 是否改变已经存在的值，也就是是否进行 value 值的替换标志 * evict -> 是否是刚创建 HashMap 的标志 在调用到 putVal 方法时，首先会进行 hash 函数计算应该插入的位置 ```java public V put(K key, V value) { return putVal(hash(key), key, value, false, true); } ``` 哈希函数的源码如下 ```java static final int hash(Object key) { int h; return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16); } ``` 首先先来理解一下 hash 函数的计算规则 #### Hash 函数 hash 函数会根据你传递的 key 值进行计算，首先计算 key 的 `hashCode` 值，然后再对 hashcode 进行无符号右移操作，最后再和 hashCode 进行`异或 ^` 操作。 >`>>>`: 无符号右移操作，它指的是 **无符号右移，也叫逻辑右移，即若该数为正，则高位补0，而若该数为负数，则右移后高位同样补0** ，也就是不管是正数还是负数，右移都会在空缺位补 0 。 在得到 hash 值后，就会进行 put 过程。 首先会判断 HashMap 中的 Node 数组是否为 null，如果第一次创建 HashMap 并进行第一次插入元素，首先会进行数组的 resize，也就是`重新分配`，这里还涉及到一个 `resize()` 扩容机制源码分析，我们后面会介绍。扩容完毕后，会计算出 HashMap 的存放位置，通过使用 **( n - 1 ) & hash** 进行计算得出。  然后会把这个位置作为数组的下标作为存放元素的位置。如果不为空，那么计算表中的这个真正的哈希值与要插入的 key.hash 相比。如果哈希值相同，key-value 不一样，再判断是否是树的实例，如果是的话，那么就把它插入到树上。如果不是，就执行尾插法在 entry 链尾进行插入。  会根据桶中元素的数量判断是链表还是红黑树。然后判断键值对数量是否大于阈值，大于的话则进行扩容。 ### 扩容机制 在 Java 中，数组的长度是固定的，这意味着数组只能存储固定量的数据。但在开发的过程中，很多时候我们无法知道该建多大的数组合适。好在 HashMap 是一种自动扩容的数据结构，在这种基于变长的数据结构中，扩容机制是非常重要的。 在 HashMap 中，阈值大小为桶数组长度与负载因子的乘积。当 HashMap 中的键值对数量超过阈值时，进行扩容。HashMap 中的扩容机制是由 `resize()` 方法来实现的，下面我们就来一次认识下。（贴出中文注释，便于复制） ```java final Node[] resize() { Node[] oldTab = table; // 存储old table 的大小 int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length; // 存储扩容阈值 int oldThr = threshold; int newCap, newThr = 0; if (oldCap > 0) { // 如果old table数据已达最大，那么threshold也被设置成最大 if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) { threshold = Integer.MAX_VALUE; return oldTab; } // 左移扩大二倍, else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY && oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY) // 扩容成原来二倍 newThr = oldThr << 1; // double threshold } // 如果oldThr !> 0 else if (oldThr > 0) // initial capacity was placed in threshold newCap = oldThr; // 如果old table <= 0 并且 存储的阈值 <= 0 else { // zero initial threshold signifies using defaults newCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY; newThr = (int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY); } // 如果扩充阈值为0 if (newThr == 0) { // 扩容阈值为 初始容量*负载因子 float ft = (float)newCap * loadFactor; newThr = (newCap < MAXIMUM_CAPACITY && ft < (float)MAXIMUM_CAPACITY ? (int)ft : Integer.MAX_VALUE); } // 重新给负载因子赋值 threshold = newThr; // 获取扩容后的数组 @SuppressWarnings({"rawtypes","unchecked"}) Node[] newTab = (Node[])new Node[newCap]; table = newTab; // 如果第一次进行table 初始化不会走下面的代码 // 扩容之后需要重新把节点放在新扩容的数组中 if (oldTab != null) { for (int j = 0; j < oldCap; ++j) { Node e; if ((e = oldTab[j]) != null) { oldTab[j] = null; if (e.next == null) newTab[e.hash & (newCap - 1)] = e; else if (e instanceof TreeNode) // 重新映射时，需要对红黑树进行拆分 ((TreeNode)e).split(this, newTab, j, oldCap); else { // preserve order Node loHead = null, loTail = null; Node hiHead = null, hiTail = null; Node next; // 遍历链表，并将链表节点按原顺序进行分组 do { next = e.next; if ((e.hash & oldCap) == 0) { if (loTail == null) loHead = e; else loTail.next = e; loTail = e; } else { if (hiTail == null) hiHead = e; else hiTail.next = e; hiTail = e; } } while ((e = next) != null); // 将分组后的链表映射到新桶中 if (loTail != null) { loTail.next = null; newTab[j] = loHead; } if (hiTail != null) { hiTail.next = null; newTab[j + oldCap] = hiHead; } } } } } return newTab; } ``` 扩容机制源码比较长，我们耐心点进行拆分 我们以 if...else if...else 逻辑进行拆分，上面代码主要做了这几个事情 * 判断 HashMap 中的数组的长度，也就是 `(Node[])oldTab.length()` ，再判断数组的长度是否比最大的的长度也就是 2^30 次幂要大，大的话直接取最大长度，否则利用位运算 `<<`扩容为原来的两倍  * 如果数组长度不大于0 ，再判断扩容阈值 `threshold` 是否大于 0 ，也就是看有无外部指定的扩容阈值，若有则使用，这里需要说明一下 threshold 何时是 `oldThr > 0 `，因为 oldThr = threshold ，这里其实比较的就是 threshold，因为 HashMap 中的每个构造方法都会调用 `HashMap(initCapacity,loadFactor)` 这个构造方法，所以如果没有外部指定 initialCapacity，初始容量使用的就是 16，然后根据 `this.threshold = tableSizeFor(initialCapacity);` 求得 threshold 的值。  * 否则，直接使用默认的初始容量和扩容阈值，走 else 的逻辑是在 table 刚刚初始化的时候。  然后会判断 newThr 是否为 0 ，笔者在刚开始研究时发现 `newThr = (int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY);` 一直以为这是常量做乘法，怎么会为 0 ，其实不是这部分的问题，在于上面逻辑判断中的扩容操作，可能会导致`位溢出`。 导致位溢出的示例：oldCap = 2^28 次幂，threshold > 2 的三次方整数次幂。在进入到 `float ft = (float)newCap * loadFactor;` 这个方法是 2^28 * 2^(3+n) 会直接 > 2^31 次幂，导致全部归零。 **在扩容后需要把节点放在新扩容的数组中，这里也涉及到三个步骤** * 循环桶中的每个 Node 节点，判断 Node[i] 是否为空，为空直接返回，不为空则遍历桶数组，并将键值对映射到新的桶数组中。 * 如果不为空，再判断是否是树形结构，如果是树形结构则按照树形结构进行拆分，拆分方法在 `split` 方法中。 * 如果不是树形结构，则遍历链表，并将链表节点按原顺序进行分组。  ### 讲一讲 get 方法全过程 我们上面讲了 HashMap 中的 put 方法全过程，下面我们来看一下 `get` 方法的过程， ```java public V get(Object key) { Node e; return (e = getNode(hash(key), key)) == null ? null : e.value; } final Node getNode(int hash, Object key) { Node[] tab; Node first, e; int n; K k; // 找到真实的元素位置 if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 && (first = tab[(n - 1) & hash]) != null) { // 总是会check 一下第一个元素 if (first.hash == hash && // always check first node ((k = first.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) return first; // 如果不是第一个元素，并且下一个元素不是空的 if ((e = first.next) != null) { // 判断是否属于 TreeNode，如果是 TreeNode 实例，直接从 TreeNode.getTreeNode 取 if (first instanceof TreeNode) return ((TreeNode)first).getTreeNode(hash, key); // 如果还不是 TreeNode 实例，就直接循环数组元素，直到找到指定元素位置 do { if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) return e; } while ((e = e.next) != null); } } return null; } ``` 来简单介绍下吧，首先会检查 table 中的元素是否为空，然后根据 hash 算出指定 key 的位置。然后检查链表的第一个元素是否为空，如果不为空，是否匹配，如果匹配，直接返回这条记录；如果匹配，再判断下一个元素的值是否为 null，为空直接返回，如果不为空，再判断是否是 `TreeNode` 实例，如果是 TreeNode 实例，则直接使用 `TreeNode.getTreeNode` 取出元素，否则执行循环，直到下一个元素为 null 位置。 `getNode` 方法有一个比较重要的过程就是 **(n - 1) & hash**，这段代码是确定需要查找的桶的位置的，那么，为什么要 (n - 1) & hash 呢？ n 就是 HashMap 中桶的数量，这句话的意思也就是说 (n - 1) & hash 就是 (桶的容量 - 1) & hash ```java // 为什么 HashMap 的检索位置是 (table.size - 1) & hash public static void main(String[] args) { Map map = new HashMap<>(); // debug 得知 1 的 hash 值算出来是 49 map.put("1","cxuan"); // debug 得知 1 的 hash 值算出来是 50 map.put("2","cxuan"); // debug 得知 1 的 hash 值算出来是 51 map.put("3","cxuan"); } ``` 那么每次算完之后的 (n - 1) & hash ，依次为  也就是 **tab[(n - 1) & hash]** 算出的具体位置。 ### HashMap 的遍历方式 HashMap 的遍历，也是一个使用频次特别高的操作 HashMap 遍历的基类是 `HashIterator`，它是一个 Hash 迭代器，它是一个 HashMap 内部的抽象类，它的构造比较简单，只有三种方法，**hasNext 、 remove 和 nextNode** 方法，其中 nextNode 方法是由三种迭代器实现的 这三种迭代器就就是 * `KeyIterator` ，对 key 进行遍历 * `ValueIterator`，对 value 进行遍历 * `EntryIterator`， 对 Entry 链进行遍历 虽然说看着迭代器比较多，但其实他们的遍历顺序都是一样的，构造也非常简单，都是使用 `HashIterator` 中的 `nextNode` 方法进行遍历 ```java final class KeyIterator extends HashIterator implements Iterator { public final K next() { return nextNode().key; } } final class ValueIterator extends HashIterator implements Iterator { public final V next() { return nextNode().value; } } final class EntryIterator extends HashIterator implements Iterator> { public final Map.Entry next() { return nextNode(); } } ``` HashIterator 中的遍历方式 ```java abstract class HashIterator { Node next; // 下一个 entry 节点 Node current; // 当前 entry 节点 int expectedModCount; // fail-fast 的判断标识 int index; // 当前槽 HashIterator() { expectedModCount = modCount; Node[] t = table; current = next = null; index = 0; if (t != null && size > 0) { // advance to first entry do {} while (index < t.length && (next = t[index++]) == null); } } public final boolean hasNext() { return next != null; } final Node nextNode() { Node[] t; Node e = next; if (modCount != expectedModCount) throw new ConcurrentModificationException(); if (e == null) throw new NoSuchElementException(); if ((next = (current = e).next) == null && (t = table) != null) { do {} while (index < t.length && (next = t[index++]) == null); } return e; } public final void remove() {...} } ``` next 和 current 分别表示下一个 Node 节点和当前的 Node 节点，HashIterator 在初始化时会遍历所有的节点。下面我们用图来表示一下他们的遍历顺序  你会发现 `nextNode()` 方法的遍历方式和 HashIterator 的遍历方式一样，只不过判断条件不一样，构造 HashIterator 的时候判断条件是有没有链表，桶是否为 null，而遍历 nextNode 的判断条件变为下一个 node 节点是不是 null ，并且桶是不是为 null。 ### HashMap 中的移除方法 HashMap 中的移除方法也比较简单了，源码如下 ```java public V remove(Object key) { Node e; return (e = removeNode(hash(key), key, null, false, true)) == null ? null : e.value; } final Node removeNode(int hash, Object key, Object value, boolean matchValue, boolean movable) { Node[] tab; Node p; int n, index; if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 && (p = tab[index = (n - 1) & hash]) != null) { Node node = null, e; K k; V v; if (p.hash == hash && ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) node = p; else if ((e = p.next) != null) { if (p instanceof TreeNode) node = ((TreeNode)p).getTreeNode(hash, key); else { do { if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) { node = e; break; } p = e; } while ((e = e.next) != null); } } if (node != null && (!matchValue || (v = node.value) == value || (value != null && value.equals(v)))) { if (node instanceof TreeNode) ((TreeNode)node).removeTreeNode(this, tab, movable); else if (node == p) tab[index] = node.next; else p.next = node.next; ++modCount; --size; afterNodeRemoval(node); return node; } } return null; } ``` remove 方法有很多，最终都会调用到 removeNode 方法，只不过传递的参数值不同，我们拿 remove(object) 来演示一下。 首先会通过 hash 来找到对应的 bucket，然后通过遍历链表，找到键值相等的节点，然后把对应的节点进行删除。 ## 关于 HashMap 的面试题 ### HashMap 的数据结构 JDK1.7 中，HashMap 采用`位桶 + 链表`的实现，即使用`链表`来处理冲突，同一 hash 值的链表都存储在一个数组中。但是当位于一个桶中的元素较多，即 hash 值相等的元素较多时，通过 key 值依次查找的效率较低。 所以，与 JDK 1.7 相比，JDK 1.8 在底层结构方面做了一些改变，当每个桶中元素大于 8 的时候，会转变为红黑树，目的就是优化查询效率。 ### HashMap 的 put 过程 大致过程如下，首先会使用 hash 方法计算对象的哈希码，根据哈希码来确定在 bucket 中存放的位置，如果 bucket 中没有 Node 节点则直接进行 put，如果对应 bucket 已经有 Node 节点，会对链表长度进行分析，判断长度是否大于 8，如果链表长度小于 8 ，在 JDK1.7 前会使用头插法，在 JDK1.8 之后更改为尾插法。如果链表长度大于 8 会进行树化操作，把链表转换为红黑树，在红黑树上进行存储。 ### HashMap 为啥线程不安全 HashMap 不是一个线程安全的容器，不安全性体现在多线程并发对 HashMap 进行 put 操作上。如果有两个线程 A 和 B ，首先 A 希望插入一个键值对到 HashMap 中，在决定好桶的位置进行 put 时，此时 A 的时间片正好用完了，轮到 B 运行，B 运行后执行和 A 一样的操作，只不过 B 成功把键值对插入进去了。如果 A 和 B 插入的位置（桶）是一样的，那么线程 A 继续执行后就会覆盖 B 的记录，造成了数据不一致问题。 还有一点在于 HashMap 在扩容时，因 resize 方法会形成环，造成死循环，导致 CPU 飙高。 ### HashMap 是如何处理哈希碰撞的 HashMap 底层是使用位桶 + 链表实现的，位桶决定元素的插入位置，位桶是由 hash 方法决定的，当多个元素的 hash 计算得到相同的哈希值后，HashMap 会把多个 Node 元素都放在对应的位桶中，形成链表，这种处理哈希碰撞的方式被称为链地址法。 其他处理 hash 碰撞的方式还有 **开放地址法、rehash 方法、建立一个公共溢出区**这几种方法。 ### HashMap 是如何 get 元素的 首先会检查 table 中的元素是否为空，然后根据 hash 算出指定 key 的位置。然后检查链表的第一个元素是否为空，如果不为空，是否匹配，如果匹配，直接返回这条记录；如果匹配，再判断下一个元素的值是否为 null，为空直接返回，如果不为空，再判断是否是 `TreeNode` 实例，如果是 TreeNode 实例，则直接使用 `TreeNode.getTreeNode` 取出元素，否则执行循环，直到下一个元素为 null 位置。 ### HashMap 和 HashTable 有什么区别 见上 ### HashMap 和 HashSet 的区别 见上 ### HashMap 是如何扩容的 HashMap 中有两个非常重要的变量，一个是 `loadFactor` ，一个是 `threshold` ，loadFactor 表示的就是负载因子，threshold 表示的是下一次要扩容的阈值，当 threshold = loadFactor * 数组长度时，数组长度扩大位原来的两倍，来重新调整 map 的大小，并将原来的对象放入新的 bucket 数组中。 ### HashMap 的长度为什么是 2 的幂次方 这道题我想了几天，之前和群里小伙伴们探讨每日一题的时候，问他们为什么 length%hash == (n - 1) & hash，它们说相等的前提是 length 的长度 2 的幂次方，然后我回了一句难道 length 还能不是 2 的幂次方吗？其实是我没有搞懂因果关系，因为 HashMap 的长度是 2 的幂次方，所以使用余数来判断在桶中的下标。如果 length 的长度不是 2 的幂次方，小伙伴们可以举个例子来试试 >例如长度为 9 时候，3 & (9-1) = 0，2 & (9-1) = 0 ，都在 0 上，碰撞了； 这样会增大 HashMap 碰撞的几率。 ### HashMap 线程安全的实现有哪些 因为 HashMap 不是一个线程安全的容器，所以并发场景下推荐使用 `ConcurrentHashMap` ，或者使用线程安全的 HashMap，使用 `Collections` 包下的线程安全的容器，比如说 ```java Collections.synchronizedMap(new HashMap()); ``` 还可以使用 HashTable ，它也是线程安全的容器，基于 key-value 存储，经常用 HashMap 和 HashTable 做比较就是因为 HashTable 的数据结构和 HashMap 相同。 上面效率最高的就是 ConcurrentHashMap。 ## 后记 文章并没有叙述太多关于红黑树的构造、包含添加、删除、树化等过程，一方面是自己能力还达不到，一方面是关于红黑树的描述太过于占据篇幅，红黑树又是很大的一部分内容，所以会考虑放在后面的红黑树进行讲解。 如果你在阅读文章的过程中发现错误和问题，请及时与我联系！ 如果文章对你有帮助，希望小伙伴们三连走起！