總有人心里有火炬，而且彼此能看見。

高手過招，招招致命

JDK1.8 中 HashMap 的底層實現，我相信大家都能說上來個 一二，底層數據結構 數組 + 鏈表(或紅黑樹) ，源碼如下/**

* 數組

*/

transient Node[] table;

/**

* 鏈表結構

*/

static class Node implements Map.Entry {

final int hash;

final K key;

V value;

Node next;

Node(int hash, K key, V value, Node next) {

this.hash = hash;

this.key = key;

this.value = value;

this.next = next;

}

public final K getKey() { return key; }

public final V getValue() { return value; }

public final String toString() { return key + "=" + value; }

public final int hashCode() {

return Objects.hashCode(key) ^ Objects.hashCode(value);

}

public final V setValue(V newValue) {

V oldValue = value;

value = newValue;

return oldValue;

}

public final boolean equals(Object o) {

if (o == this)

return true;

if (o instanceof Map.Entry) {

Map.Entry,?> e = (Map.Entry,?>)o;

if (Objects.equals(key, e.getKey()) &&

Objects.equals(value, e.getValue()))

return true;

}

return false;

}

}

/**

* 紅黑樹結構

*/

static final class TreeNode extends LinkedHashMap.Entry {

TreeNode parent; // red-black tree links

TreeNode left;

TreeNode right;

TreeNode prev; // needed to unlink next upon deletion

boolean red;

...

但面試往往會問的比較細，例如下面的容量問題，我們能答上來幾個？

1、table 的初始化時機是什么時候，初始化的 table.length 是多少、閥值(threshold)是多少，實際能容下多少元素

2、什么時候觸發擴容，擴容之后的 table.length、閥值各是多少？

3、table 的 length 為什么是 2 的 n 次冪

4、求索引的時候為什么是：h&(length-1)，而不是 h&length，更不是 h%length

5、 Map map = new HashMap(1000); 當我們存入多少個元素時會觸發map的擴容；Map map1 = new HashMap(10000); 我們存入第 10001個元素時會觸發 map1 擴容嗎

6、為什么加載因子的默認值是 0.75，并且不推薦我們修改

由于我們平時關注的少，一旦碰上這樣的 連擊 + 暴擊，我們往往不知所措、無從應對；接下來我們看看上面的 6 個問題，是不是真的難到無法理解 ，還是我們不夠細心、在自信的自我認為

斗智斗勇，見招拆招

上述的問題，我們如何去找答案 ? 方式有很多種，用的最多的，我想應該是上網查資料、看別人的博客，但我認為最有效、準確的方式是讀源碼

問題 1：table 的初始化

HashMap 的構造方法有如下 4 種/**

* 構造方法 1

*

* 通過 指定的 initialCapacity 和 loadFactor 實例化一個空的 HashMap 對象

*/

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;

this.threshold = tableSizeFor(initialCapacity);

}

/**

* 構造方法 2

*

* 通過指定的 initialCapacity 和 默認的 loadFactor(0.75) 實例化一個空的 HashMap 對象

*/

public HashMap(int initialCapacity) {

this(initialCapacity, DEFAULT_LOAD_FACTOR);

}

/**

* 構造方法 3

*

* 通過默認的 initialCapacity 和 默認的 loadFactor(0.75) 實例化一個空的 HashMap 對象

*/

public HashMap() {

this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR; // all other fields defaulted

}

/**

*

* 構造方法 4

* 通過指定的 Map 對象實例化一個 HashMap 對象

*/

public HashMap(Map extends K, ? extends V> m) {

this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR;

putMapEntries(m, false);

}

構造方式 4 和 構造方式 1 實際應用的不多，構造方式 2 直接調用的 1(底層實現完全一致)，構造方式 2 和 構造方式 3 比較常用，而最常用的是構造方式 3；此時我們以構造方式 3 為前提來分析，而構造方式 2 我們則在問題 5 中來分析

使用方式 1 實例化 HashMap 的時候，table 并未進行初始化，那 table 是何時進行初始化的了 ？平時我們是如何使用 HashMap 的，先實例化、然后 put、然后進行其他操作，如下Map map = new HashMap();

map.put("name", "張三");

map.put("age", 21);

// 后續操作

...

既然實例化的時候未進行 table 的初始化，那是不是在 put 的時候初始化的了，我們來確認下:

resize() 初始化 table 或 對 table 進行雙倍擴容，源碼如下(注意看注釋)/**

* Initializes or doubles table size. If null, allocates in

* accord with initial capacity target held in field threshold.

* Otherwise, because we are using power-of-two expansion, the

* elements from each bin must either stay at same index, or move

* with a power of two offset in the new table.

*

* @return the table

*/

final Node[] resize() {

Node[] oldTab = table; // 第一次 put 的時候，table = null

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

int oldThr = threshold; // threshold=0, oldThr = 0

int newCap, newThr = 0;

if (oldCap > 0) { // 條件不滿足，往下走

if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) {

threshold = Integer.MAX_VALUE;

return oldTab;

}

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 走到這里，進行默認初始化

newCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY; // DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4 = 16, newCap = 16;

newThr = (int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY); // newThr = 0.75 * 16 = 12;

}

if (newThr == 0) { // 條件不滿足

float ft = (float)newCap * loadFactor;

newThr = (newCap < MAXIMUM_CAPACITY && ft < (float)MAXIMUM_CAPACITY ?

(int)ft : Integer.MAX_VALUE);

}

threshold = newThr; // threshold = 12; 重置閥值為12

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

Node[] newTab = (Node[])new Node[newCap]; // 初始化 newTab, length = 16;

table = newTab; // table 初始化完成, length = 16;

if (oldTab != null) { // 此時條件不滿足，后續擴容的時候，走此if分支 將數組元素復制到新數組

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)

((TreeNode)e).split(this, newTab, j, oldCap);

else { // preserve order

Node loHead = null, loTail = null;

Node hiHead = null, hiTail = null;

Node next;

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);

if (loTail != null) {

loTail.next = null;

newTab[j] = loHead;

}

if (hiTail != null) {

hiTail.next = null;

newTab[j + oldCap] = hiHead;

}

}

}

}

}

return newTab; // 新數組

}

自此，問題 1 的答案就明了了

table 的初始化時機是什么時候

一般情況下，在第一次 put 的時候，調用 resize 方法進行 table 的初始化(懶初始化，懶加載思想在很多框架中都有應用！)

初始化的 table.length 是多少、閥值(threshold)是多少，實際能容下多少元素默認情況下，table.length = 16; 指定了 initialCapacity 的情況放到問題 5 中分析

默認情況下，threshold = 12; 指定了 initialCapacity 的情況放到問題 5 中分析

默認情況下，能存放 12 個元素，當存放第 13 個元素后進行擴容

問題 2 ：table 的擴容

putVal 源碼如下/**

* Implements Map.put and related methods

*

* @param hash hash for key

* @param key the key

* @param value the value to put

* @param onlyIfAbsent if true, don't change existing value

* @param evict if false, the table is in creation mode.

* @return previous value, or null if none

*/

final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,

boolean evict) {

Node[] tab; Node p; int n, i;

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

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

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

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

else {

Node e; K k;

if (p.hash == hash &&

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

e = p;

else if (p instanceof TreeNode)

e = ((TreeNode)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);

else {

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

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

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

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;

if (++size > threshold) // 當size(已存放元素個數) > thrshold(閥值)，進行擴容

resize();

afterNodeInsertion(evict);

return null;

}

還是調用 resize() 進行擴容，但與初始化時不同(注意看注釋)/**

* Initializes or doubles table size. If null, allocates in

* accord with initial capacity target held in field threshold.

* Otherwise, because we are using power-of-two expansion, the

* elements from each bin must either stay at same index, or move

* with a power of two offset in the new table.

*

* @return the table

*/

final Node[] resize() {

Node[] oldTab = table; // 此時的 table != null，oldTab 指向舊的 table

int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length; // oldCap = table.length; 第一次擴容時是 16

int oldThr = threshold; // threshold=12, oldThr = 12;

int newCap, newThr = 0;

if (oldCap > 0) { // 條件滿足，走此分支

if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) {

threshold = Integer.MAX_VALUE;

return oldTab;

}

else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY && // oldCap左移一位; newCap = 16 << 1 = 32;

oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)

newThr = oldThr << 1; // double threshold // newThr = 12 << 1 = 24;

}

else if (oldThr > 0) // initial capacity was placed in threshold

newCap = oldThr;

else { // zero initial threshold signifies using defaults

newCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY; // DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4 = 16, newCap = 16;

newThr = (int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY);

}

if (newThr == 0) { // 條件不滿足

float ft = (float)newCap * loadFactor;

newThr = (newCap < MAXIMUM_CAPACITY && ft < (float)MAXIMUM_CAPACITY ?

(int)ft : Integer.MAX_VALUE);

}

threshold = newThr; // threshold = newThr = 24; 重置閥值為 24

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

Node[] newTab = (Node[])new Node[newCap]; // 初始化 newTab, length = 32;

table = newTab; // table 指向 newTab, length = 32;

if (oldTab != null) { // 擴容后，將 oldTab(舊table) 中的元素移到 newTab(新table)中

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)

((TreeNode)e).split(this, newTab, j, oldCap);

else { // preserve order

Node loHead = null, loTail = null;

Node hiHead = null, hiTail = null;

Node next;

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);

if (loTail != null) {

loTail.next = null;

newTab[j] = loHead;

}

if (hiTail != null) {

hiTail.next = null;

newTab[j + oldCap] = hiHead;

}

}

}

}

}

return newTab;

}

自此，問題 2 的答案也就清晰了

什么時候觸發擴容，擴容之后的 table.length、閥值各是多少當 size > threshold 的時候進行擴容

擴容之后的 table.length = 舊 table.length * 2,

擴容之后的 threshold = 舊 threshold * 2

問題 3、4 ：2 的 n 次冪

table 是一個數組，那么如何最快的將元素 e 放入數組 ？當然是找到元素 e 在 table 中對應的位置 index ，然后 table[index] = e; 就好了；如何找到 e 在 table 中的位置了 ？

我們知道只能通過數組下標(索引)操作數組，而數組的下標類型又是 int ，如果 e 是 int 類型，那好說，就直接用 e 來做數組下標(若 e > table.length，則可以 e % table.length 來獲取下標)，可 key - value 中的 key 類型不一定，所以我們需要一種統一的方式將 key 轉換成 int ，最好是一個 key 對應一個唯一的 int (目前還不可能, int有范圍限制，對轉換方法要求也極高)，所以引入了 hash 方法static final int hash(Object key) {

int h;

return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);　　// 這里的處理，有興趣的可以琢磨下；能夠減少碰撞

}

實現 key 到 int 的轉換(關于 hash，本文不展開討論)。拿到了 key 對應的 int h 之后，我們最容易想到的對 value 的 put 和 get 操作也許如下// put

table[h % table.length] = value;

// get

e = table[h % table.length];

直接取模是我們最容易想到的獲取下標的方法，但是最高效的方法嗎 ？

我們知道計算機中的四則運算最終都會轉換成二進制的位運算

我們可以發現，只有 & 數是1時，& 運算的結果與被 & 數一致1&1=1;

0&1=0;

1&0=0;

0&0=0;

這同樣適用于多位操作數1010&1111=1010; => 10&15=10;

1011&1111=1011; => 11&15=11;

01010&10000=00000; => 10&16=0;

01011&10000=00000; => 11&16=0;

我們是不是又有所發現：10 & 16 與 11 & 16 得到的結果一樣，也就是沖突(碰撞)了，那么 10 和 11 對應的 value 會在同一個鏈表中，而 table 的有些位置則永遠不會有元素，這就導致 table 的空間未得到充分利用，同時還降低了 put 和 get 的效率(對比數組和鏈表)；由于是 2 個數進行 & 運算，所以結果由這兩個數決定，如果我們把這兩個數都做下限制，那得到的結果是不是可控制在我們想要的范圍內了 ？

我們需要利用好 & 運算的特點，當右邊的數的低位二進制是連續的 1 ，且左邊是一個均勻的數(需要 hash 方法實現，盡量保證 key 的 h 唯一)，那么得到的結果就比較完美了。低位二進制連續的 1，我們很容易想到 2^n - 1; 而關于左邊均勻的數，則通過 hash 方法來實現，這里不做細究了。更多面試題，歡迎關注 公眾號Java面試題精選

自此，2 的 n 次冪的相關問題就清楚了

table 的 length 為什么是 2 的 n 次冪

為了利用位運算 & 求 key 的下標

求索引的時候為什么是：h&(length-1)，而不是 h&length，更不是 h%lengthh%length 效率不如位運算快

h&length 會提高碰撞幾率，導致 table 的空間得不到更充分的利用、降低 table 的操作效率

給各位留個疑問：為什么不直接用 2^n-1 作為 table.length ？歡迎評論區留言

問題 5：指定 initialCapacity

當我們指定了 initialCapacity，HashMap的構造方法有些許不同，調用 tableSizeFor 進行 threshold 的初始化/**

* Returns a power of two size for the given target capacity.

* 返回 >= cap 最小的 2^n

* cap = 10, 則返回 2^4 = 16;

* cap = 5, 則返回 2^3 = 8;

*/

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;

}

雖然此處初始化的是 threshold，但后面初始化 table 的時候，會將其用于 table 的 length，同時會重置 threshold 為 table.length * loadFactor

自此，問題 5 也就清楚了

Map map = new HashMap(1000); 當我們存入多少個元素時會觸發map的擴容

此時的 table.length = 2^10 = 1024; threshold = 1024 * 0.75 = 768; 所以存入第 769 個元素時進行擴容

Map map1 = new HashMap(10000); 我們存入第 10001個元素時會觸發 map1 擴容嗎

此時的 table.length = 2^14 = 16384; threshold = 16384 * 0.75 = 12288; 所以存入第 10001 個元素時不會進行擴容

問題6：加載因子

為什么加載因子的默認值是 0.75，并且不推薦我們修改如果loadFactor太小，那么map中的table需要不斷的擴容，擴容是個耗時的過程

如果loadFactor太大，那么map中table放滿了也不不會擴容，導致沖突越來越多，解決沖突而起的鏈表越來越長，效率越來越低

而 0.75 這是一個折中的值，是一個比較理想的值

總結

1、table.length = 2^n，是為了能利用位運算(&)來求 key 的下標，而 h&(length-1) 是為了充分利用 table 的空間，并減少 key 的碰撞

2、加載因子太小， table 需要不斷的擴容，影響 put 效率；太大會導致碰撞越來越多，鏈表越來越長(轉紅黑樹)，影響效率；0.75 是一個比較理想的中間值

3、table.length = 2^n、hash 方法獲取 key 的 h、加載因子 0.75、數組 + 鏈表(或紅黑樹)，一環扣一環，保證了 key 在 table 中的均勻分配，充分利用了空間，也保證了操作效率，環環相扣的，而不是心血來潮的隨意處理；缺了一環，其他的環就無意義了！

4、網上有個 put 方法的流程圖畫的挺好，我就偷懶了

總結

以上是生活随笔為你收集整理的hashmap 扩容是元素还是数组_HashMap 中的容量与扩容实现的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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