本文將通過如下簡單的代碼來分析HashMap的內部數據結構的變化過程。

public static void main(String[] args) {Map<String, String> map = new HashMap<>();for (int i = 0; i < 50; i++) {map.put("key" + i, "value" + i);} } 復制代碼

1 數據結構說明

HashMap中本文需要用到的幾個字段如下：

下面說明一下幾個字段的含義

1）table

// HashMap內部使用這個數組存儲所有鍵值對 transient Node<K,V>[] table; 復制代碼

Node的結構如下：

可以發現，Node其實是一個鏈表，通過next指向下一個元素。

2）size

記錄了HashMap中鍵值對的數量

3）modCount

記錄了HashMap在結構上更改的次數，包括可以更改鍵值對數量的操作，例如put、remove，還有可以修改內部結構的操作，例如rehash。

4）threshold

記錄一個臨界值，當已存儲鍵值對的個數大于這個臨界值時，需要擴容。

5）loadFactor

負載因子，通常用于計算threshold，threshold=總容量*loadFactor。

2.new HashMap

new HashMap的源碼如下：

/** * The load factor used when none specified in constructor. * 負載因子，當 已使用容量 > 總容量 * 負載因子 時，需要擴容 */ static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;public HashMap() {this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR; // all other fields defaulted } 復制代碼

此時，HashMap只初始化了負載因子（使用默認值0.75），并沒有初始化table數組。 其實HashMap使用的是延遲初始化策略，當第一次put的時候，才初始化table（此時table是null）。

3.table數組的初始化

當第一次put的時候，HashMap會判斷當前table是否為空，如果是空，會調用resize方法進行初始化。 resize方法會初始化一個容量大小為16 的數組，并賦值給table。 并計算threshold=16*0.75=12。 此時table數組的狀態如下：

4.put過程

map.put("key0", "value0"); 復制代碼

首先計算key的hash值，hash("key0") = 3288451 計算這次put要存入數組位置的索引值：index=(數組大小 - 1) & hash = 3 判斷 if (table[index] == null) 就new一個Node放到這里，此時為null，所以直接new Node放到3上，此時table如下：

然后判斷當前已使用容量大小(size)是否已經超過臨界值threshold，此時size=1，小于12，不做任何操作，put方法結束（如果超過臨界值，需要resize擴容）。

繼續put。。。

map.put("key1", "value1"); 復制代碼

map.put("key1", "value1"); map.put("key2", "value2"); map.put("key3", "value3"); map.put("key4", "value4"); map.put("key5", "value5"); map.put("key6", "value6"); map.put("key8", "value7"); map.put("key9", "value9"); map.put("key10", "value10"); map.put("key11", "value11"); 復制代碼

此時size=12，下一次put后size為13，大于當前threshold，將觸發擴容（resize）

map.put("key12", "value12"); 復制代碼

計算Key的hash值，hash("key12")=101945043，計算要存入table位置的索引值 = (總大小 - 1) & hash = (16 - 1) & 101945043 = 3 從目前的table狀態可知，table[3] != null，但此時要put的key與table[3].key不相等，我們必須要把他存進去，此時就產生了哈希沖突（哈希碰撞）。

這時鏈表就派上用場了，HashMap就是通過鏈表解決哈希沖突的。 HashMap會創建一個新的Node，并放到table[3]鏈表的最后面。 此時table狀態如下：

5.resize擴容

此時table中一共有13個元素，已經超過了threshold(12)，需要對table調用resize方法擴容。 HashMap會創建一個容量為之前兩倍(162=32)的table，并將舊的Node復制到新的table中，新的臨界值(threshold)為24(320.75)。

下面主要介紹一下復制的過程（并不是原封不動的復制，Node的位置可能發生變化）

先來看源碼：

for (int j = 0; j < oldCap; ++j) { // oldCap：舊table的大小 =16Node<K,V> e;if ((e = oldTab[j]) != null) { // oldTab：舊table的備份oldTab[j] = null;// 如果數組中的元素沒有后繼節點，直接計算新的索引值，并將Node放到新數組中if (e.next == null)newTab[e.hash & (newCap - 1)] = e;// 忽略這個else if。其實，如果鏈表的長度超過8，HashMap會把這個鏈表變成一個樹結構，樹結構中的元素是TreeNodeelse if (e instanceof TreeNode)((TreeNode<K,V>)e).split(this, newTab, j, oldCap);// 有后繼節點的情況else { // preserve orderNode<K,V> loHead = null, loTail = null;Node<K,V> hiHead = null, hiTail = null;Node<K,V> next;do {next = e.next;// 【說明1】if ((e.hash & oldCap) == 0) {if (loTail == null)loHead = e;elseloTail.next = e;loTail = e;}else {if (hiTail == null)hiHead = e;elsehiTail.next = e;hiTail = e;}} while ((e = next) != null);if (loTail != null) {loTail.next = null;newTab[j] = loHead;}if (hiTail != null) {hiTail.next = null;//【說明2】newTab[j + oldCap] = hiHead;}}} } 復制代碼

【說明1】遍歷鏈表，計算鏈表每一個節點在新table中的位置。

計算位置的方式如下：

1）如果節點的 (hash & oldCap) == 0，那么該節點還在原來的位置上，為什么呢？

因為oldCap=16，二進制的表現形式為0001 0000，任何數&16，如果等于0，那么這個數的第五個二進制位必然為0。

以當前狀態來說，新的容量是32，那么table的最大index是31，31的二進制表現形式是00011111。 計算index的方式是 hash & (容量 - 1)，也就是說，新index的計算方式為 hash & (32 - 1) 假設Node的hash = 01101011，那么

01101011 & 00011111 ----------00001011 = 11 復制代碼

2）下面再對比(hash & oldCap) != 0的情況

如果節點的(hash & oldCap) != 0，那么該節點的位置=舊index + 舊容量大小

假設Node的hash = 01111011，那么

01111011 & 00011111 ----------00011011 = 27 復制代碼

上一個例子的hash值01101011跟這個例子的hash值01111011只是在第5位二進制上不同，可以發現，這兩個值在舊的table中，是在同一個index中的，如下：

01101011 & 00001111 ----------00001011 = 11 復制代碼 01111011 & 00001111 ----------00001011 = 11 復制代碼

由于擴容總是以2倍的方式進行，也就是：舊容量 << 1，這也就解釋了【說明2】，當(hash & oldCap) != 0時，這個Node的新index = 舊index + 舊容量大小。

擴容后，table狀態如下所示：

最終，重新分配完所有的Node后，擴容結束。

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總結

以上是生活随笔為你收集整理的Java HashMap原理及内部存储结构的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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