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HashMap源码怎么写

发表于：2025-12-02 作者：千家信息网编辑

千家信息网最后更新 2025年12月02日，今天就跟大家聊聊有关HashMap源码怎么写，可能很多人都不太了解，为了让大家更加了解，小编给大家总结了以下内容，希望大家根据这篇文章可以有所收获。源码学习，边看源码边加注释，边debug，边理解。基

千家信息网最后更新 2025年12月02日HashMap源码怎么写

今天就跟大家聊聊有关HashMap源码怎么写，可能很多人都不太了解，为了让大家更加了解，小编给大家总结了以下内容，希望大家根据这篇文章可以有所收获。

源码学习，边看源码边加注释，边debug，边理解。

基本属性

常量

DEFAULT_INITIAL_CAPACITY：默认数组的初始容量 - 必须是2的幂。
MAXIMUM_CAPACITY：数组的最大容量
DEFAULT_LOAD_FACTOR：哈希表的负载因子0.75
TREEIFY_THRESHOLD：在一个桶内由树转换成链表的阈值
UNTREEIFY_THRESHOLD：又树转换成链表的阈值
MIN_TREEIFY_CAPACITY：在数组长度大于或等于64时才会进行链表转换成树的操作，否则直接扩容

全局变量

table：数组对象
size：HashMap大小
modCount：操作HashMap的总数 for fast-fail
threshold：扩容的阈值
loadFactor：哈希表的负载因子，默认是DEFAULT_LOAD_FACTOR值

数据结构

HashMap的数据结构在jdk1.8之前采用的是数组+链表，jdk1.8之后采用了数组+链表/红黑树的结构，如图：

如图所示当链表长度大于8时，链表转换成红黑树。

在jdk1.8中存储数据的节点有两种一种是链表节点Node一种是树节点TreeNode：

Node：

static class Node implements Map.Entry {        final int hash;        final K key;        V value;        Node next;...

TreeNode：

 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;...

通过上面的继承关系我们发现TreeNode是继承自Node的。

如果元素小于8个，链表查询成本高，新增成本低如果元素大于8个，红黑树查询成本低，新增成本高

常见的使用方式

    @Test    public void testHashMap() {        Map map = new HashMap<>();        map.put("1", "1");        map.get("1");        map.size();    }

这是我们使用HashMap最常见的使用方式，下面我就来看下每一步都是怎么实现的。测试代码:

public class HashMapTest {    public static void main(String[] args) {        Map map = new HashMap<>();        for (; ; ) {            map.put(new User(), map.size());            if (map.size() > 1000) {                break;            }        }        map.size();    }    static class User {        @Override        public int hashCode() {            return 1;        }    }}

构造函数

我们使用HashMap第一步是先创建一个HashMap，从上面的语句来看HashMap继承自Map接口，下面我们开看看new HashMap<>()都做了些什么：

    public HashMap() {        this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR; // all other fields defaulted    }

原来啥都没干，就只是对一个成员变量赋了一个初值。看来数组的初始化和链表的初始化等都是在后面发生的。

put() 方法

    public V put(K key, V value) {        return putVal(hash(key), key, value, false, true);    }

hash() 方法

    static final int hash(Object key) {        int h;        // 计算key.hashCode（）并将更高位的散列扩展（XOR）降低。采用位运算主要是是加快计算速度        return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);    }

putVal() 方法

    final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,                   boolean evict) {        // 数组对象        Node[] tab;        // 通过key值找出对应数组索引位的数据 p = tab[i = (n - 1) & hash]        Node p;        // n 表示数组长度， i表示key值在数组上的索引位        int n, i;        if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)            // 判断数组是否为null，如果是则调用resize()方法进行初始化            n = (tab = resize()).length;        if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)            // (n-1)&hash= hash%(n-1)，通过该公式找出该值在数组上的索引位。 保证不发生数组越界。            // 如果该索引位为null，则直接将数据放到该索引位            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))))                // 表示key完全相同                e = p;            else if (p instanceof TreeNode)                // 桶内已经是红黑树节点                e = ((TreeNode) p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);            else {                // 桶内还是链表节点                for (int binCount = 0; ; ++binCount) {                    if ((e = p.next) == null) {                        // 通过自旋找到尾部节点，并将新数据添加在尾部节点后面                        p.next = newNode(hash, key, value, null);                        if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st                            // 如果链表内的数据已经超过8个则尝试将链表转成红黑树（其实这个时候链表已经有9个节点了，最后一个节点是上一步添加进去的）                            treeifyBin(tab, hash);                        break;                    }                    if (e.hash == hash &&                            ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))                        // key完全相同则走后面的value替换流程                        break;                    p = e;                }            }            if (e != null) { // existing mapping for key                V oldValue = e.value;                if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)                    // 在key完全相同的情况下，用新数据去覆盖老数据的value值，并返回老数据的value值                    e.value = value;                afterNodeAccess(e);                return oldValue;            }        }        ++modCount;        // 判断如果hash表的总数大于扩容阈值的时候需要进行扩容        if (++size > threshold)            resize();        afterNodeInsertion(evict);        return null;    }

putTreeVal() 插入红黑树节点

final TreeNode putTreeVal(HashMap map, Node[] tab,                                                                int h, K k, V v) {        Class kc = null;        boolean searched = false;        // 找到根节点        TreeNode root = (parent != null) ? root() : this;        for (TreeNode p = root; ; ) {                // dir 表示两个key的比较结果，ph表示p节点的hash值                int dir, ph;                K pk;                if ((ph = p.hash) > h)                        // 父节点的hash值大于新节点hash值                        dir = -1;                else if (ph < h)                        // 父节点的hash值小于新节点hash值                        dir = 1;                else if ((pk = p.key) == k || (k != null && k.equals(pk)))                        // 表示key完全相同                        return p;                else if ((kc == null &&                                // 判断对key是否实现Comparable接口                                (kc = comparableClassFor(k)) == null) ||                                // 使用Comparable来比较父节点和新节点的key值大小                                (dir = compareComparables(kc, k, pk)) == 0) {                        // 这个查找只会执行一次                        if (!searched) {                                TreeNode q, ch;                                searched = true;                                // 从p的左子树找到对应key的节点                                if (((ch = p.left) != null &&                                                (q = ch.find(h, k, kc)) != null) ||                                                // 从p的右子树找到对应key的节点                                                ((ch = p.right) != null &&                                                                (q = ch.find(h, k, kc)) != null))                                        //表示key完全相同的节点                                        return q;                        }                        // 使用默认比较器比较两个key的大小                        dir = tieBreakOrder(k, pk);                }                TreeNode xp = p;                // 自旋找出新节点的父节点                if ((p = (dir <= 0) ? p.left : p.right) == null) {                        Node xpn = xp.next;                        TreeNode x = map.newTreeNode(h, k, v, xpn);                        // 将新节点放到对应的叶子节点位置                        if (dir <= 0)                                xp.left = x;                        else                                xp.right = x;                        xp.next = x;                        x.parent = x.prev = xp;                        if (xpn != null)                                ((TreeNode) xpn).prev = x;                        // 调整树的平衡                        moveRootToFront(tab, balanceInsertion(root, x));                        return null;                }        }}

treeifyBin() 尝试将链表转换成树的方法

    final void treeifyBin(Node[] tab, int hash) {        int n, index;        Node e;        if (tab == null || (n = tab.length) < MIN_TREEIFY_CAPACITY)            // 检查数组长度如果小于64则不进行红黑树转换，直接进行扩容            resize();        else if ((e = tab[index = (n - 1) & hash]) != null) {            TreeNode hd = null, tl = null;            do {                // 将key值对应数组索引位上所有链表节点转换成红黑树节点                TreeNode p = replacementTreeNode(e, null);                if (tl == null)                    // 树的根节点                    hd = p;                else {                    p.prev = tl;                    tl.next = p;                }                tl = p;            } while ((e = e.next) != null);            if ((tab[index] = hd) != null)                // 由链表转换成了红黑树                hd.treeify(tab);        }    }

treeify() 将链表转换成红黑树

final void treeify(Node[] tab) {        TreeNode root = null;        // for循环遍历链表所有节点        for (TreeNode x = this, next; x != null; x = next) {                // 给下一个节点赋值                next = (TreeNode) x.next;                x.left = x.right = null;                // 给root节点赋值                if (root == null) {                        x.parent = null;                        x.red = false;                        root = x;                } else {                        K k = x.key;                        int h = x.hash;                        Class kc = null;                        for (TreeNode p = root; ; ) {                                int dir, ph;                                K pk = p.key;                                // 比较root节点和X节点的hash值大小                                if ((ph = p.hash) > h)                                        dir = -1;                                else if (ph < h)                                        dir = 1;                                else if ((kc == null &&                                                (kc = comparableClassFor(k)) == null) ||                                                (dir = compareComparables(kc, k, pk)) == 0)                                        dir = tieBreakOrder(k, pk);                                // 将X节点添加到红黑树                                TreeNode xp = p;                                if ((p = (dir <= 0) ? p.left : p.right) == null) {                                        x.parent = xp;                                        if (dir <= 0)                                                xp.left = x;                                        else                                                xp.right = x;                                        // 平衡红黑树                                        root = balanceInsertion(root, x);                                        break;                                }                        }                }        }        moveRootToFront(tab, root);}

resize() 扩容方法

    final Node[] resize() {        // 扩容前的数组        Node[] oldTab = table;        // 获取数组长度        int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length;        // 扩容阈值        int oldThr = threshold;        // 扩容后的数组长度和扩容阈值        int newCap, newThr = 0;        if (oldCap > 0) {            if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) {                // 如果数组容量已经大于最大容量（1<<30）了那么将不在进行扩容                threshold = Integer.MAX_VALUE;                return oldTab;            } else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY &&                    oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)                // 1. 数组长度直接扩容2倍                // 2. 扩容阈值也扩容2倍                newThr = oldThr << 1; // double threshold        } else if (oldThr > 0) // initial capacity was placed in threshold            newCap = oldThr;        else {               // zero initial threshold signifies using defaults            // 值为0表示还没有初始化，然后给数组初始大小和扩容阈值赋值            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);        }        // 扩容阈值赋值        threshold = newThr;        @SuppressWarnings({"rawtypes", "unchecked"})        // 根据newCap值创建数组        Node[] newTab = (Node[]) new Node[newCap];        table = newTab;        // oldTab != null表示是扩容，否则表示是初始化        if (oldTab != null) {            for (int j = 0; j < oldCap; ++j) {                Node e;                if ((e = oldTab[j]) != null) {                    // 将老数组的对应索引位置为NULL，方便GC回收                    oldTab[j] = null;                    if (e.next == null)                        // 如果对应索引位（桶）只有一个节点，那直接从新计算该节点的索引位（桶的位置），并放到对应的位置                        newTab[e.hash & (newCap - 1)] = e;                    else if (e instanceof TreeNode)                        // 如果原来桶内节点树树节点，那么需要拆分树                        ((TreeNode) e).split(this, newTab, j, oldCap);                    else { // preserve order                        // 和jdk1.7不一样，这里扩容后链表顺序不会发生改变                        // 低位桶的头节点                        Node loHead = null, loTail = null;                        // 高位节点高位桶的头节点                        Node hiHead = null, hiTail = null;                        Node next;                        do {                            // 保存下一个节点，待下次循环使用                            next = e.next;                            // e.hash & oldCap算法可以算出新的节点该分配到那个索引位，                            // 这也是为什么数组长度一定要是2的n次幂，否则该算法不可用                            if ((e.hash & oldCap) == 0) {                                if (loTail == null)                                    // 设置低位桶的头结点                                    loHead = e;                                else                                    loTail.next = e;                                loTail = e;                            } else {                                if (hiTail == null)                                    // 设置高位桶的头结点                                    hiHead = e;                                else                                    hiTail.next = e;                                hiTail = e;                            }                        } while ((e = next) != null);                        // 如果j=0 并且oldCap=16，那么低位桶就是0的索引位，高位桶就是0+16的索引位                        if (loTail != null) {                            loTail.next = null;                            // 设置低索引位的头结点                            newTab[j] = loHead;                        }                        if (hiTail != null) {                            hiTail.next = null;                            // 设置高索引位的头结点                            newTab[j + oldCap] = hiHead;                        }                    }                }            }        }        return newTab;    }

从put方法的源码我们发现：
HashMap数组的初始化时在put元素的时候发生的
发生扩容条件有两个：一个是一个桶内链表数据大于8并且数组长度小于64；HashMap总size大于扩容的阈值。任意满足一个都会发生扩容。
在扩容的时候，jdk1.8链表的顺序将不会再发生变化，从而解决了1.8以前链表扩容引发的死循环问题。HashMap中是如何形成环形链表可参考这个
数组长度始终是2的n次幂。这样做使我们可以直接使用位运算来计算key的索引位；在扩容的时候可以直接使用位运算来计算高低位索引的节点。
链表转换成树的条件是只有当一个桶的元素超过8个并且数组长度大于等于64。
链表转换成树只发生在一个桶内，也就是说在HashMap的数据结构中可以一些桶是链表，一些桶是红黑树。

红黑树部分可以参考

https://www.jianshu.com/p/7993731be0cf

get() 方法

    public V get(Object key) {        Node e;        return (e = getNode(hash(key), key)) == null ? null : e.value;    }

getNode() 方法

    final Node getNode(int hash, Object key) {        Node[] tab;        Node first, e;        int n;        K k;        // 先根据hash值找到数据所在桶内的根节点（头结点）        if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 &&                (first = tab[(n - 1) & hash]) != null) {            // 如果根节点（头结点）就是我们要找的直接的返回            if (first.hash == hash && // always check first node                    ((k = first.key) == key || (key != null && key.equals(k))))                return first;            if ((e = first.next) != null) {                // 树结构的情况                if (first instanceof TreeNode)                    return ((TreeNode) first).getTreeNode(hash, key);                // 链表结构情况                do {                    // 自旋查找                    if (e.hash == hash &&                            ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))                        return e;                } while ((e = e.next) != null);            }        }        return null;    }

tableSizeFor() 方法

我们在初始化HashMap的时候，我们传入的初始化大小可能不是2的n次幂。这时我们需要调用tableSizeFor方法找出和cap最接近的2的n次幂的值。

    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;    }

HashMap非线程安全的表现

HashMap是一个线程不安全的类，主要表现在：

在并发操作下size的统计会出错
并发操作下添加节点有可能会丢失数据
在并发操作下JDK1.7及以前在扩容的时候链表有可能会形成环形数据结构，一旦形成环形数据结构，Entry的next节点永远不为空，就会产生死循环获取Entry。

HashMap空间效率

HashMap其实是一种空间利用率很低的数据结构，以HashMap结构为例，我们具体分析一下HashMap空间效率。

有效数据空间

在HashMap结构中，只有Key和Value所存放的两个长整型数据是有效数据，共16字节（2×8字节）。

实际占用空间

Key和Value这两个长整型数据包装成java.lang.Long对象之后，就分别具有8字节的Mark Word、8字节的Klass指针，再加8字节存储数据的long值。然后这2个Long对象组成Map.Entry之后，又多了16字节的对象头，然后一个8字节的next字段和4字节的int型的hash字段，为了对齐，还必须添加4字节的空白填充，最后还有HashMap中对这个Entry的8字节的引用，这样增加两个长整型数字，实际耗费的内存为(Long(24byte)×2)+Entry(32byte)+HashMap Ref(8byte)=88byte。