详谈HashMap和ConcurrentHashMap的区别(HashMap的底层源码)_Java教程

HashMap本质是数组加链表，根据key取得hash值，然后计算出数组下标，如果多个key对应到同一个下标，就用链表串起来，新插入的在前面。

ConcurrentHashMap在HashMap的基础上将数据分为多个segment，默认16个，然后每次操作对一个segment加锁，避免多线程锁的几率，提高并发效率。

1. HashMap的数据结构

HashMap底层就是一个数组结构，数组中存放的是一个Entry对象，如果产生的hash冲突，这时候该位置存储的就是一个链表了。

HashMap中Entry类的代码：

									static class Entry<K,V> implements Map.Entry<K,V> {

									final K key;

									V value;

									Entry<K,V> next;

									final int hash;

									/**

									 * Creates new entry.

									 */

									Entry(int h, K k, V v, Entry<K,V> n) {

									 value = v;

									 next = n; // hash值冲突后存放在链表的下一个

									 key = k;

									 hash = h;

									}

									.........

									}

HashMap其实就是一个Entry数组，Entry对象中包含了键和值，其中next也是一个Entry对象，它就是用来处理hash冲突的，形成一个链表。

2. HashMap源码分析

下面是HashMap类中的一些关键属性：

									transient Entry[] table; // 存储元素的实体数组

									transient int size; // 存放元素的个数

									int threshold; // 临界值，当实际大小超过临界值时，会进行扩容，threshold = loadFactor * 容量

									final float loadFactor; // 加载因子

									transient int modCount; // 被修改的次数

如果机器内存足够，并且想要提高查询速度的话可以将加载因子设置小一点；相反如果机器内存紧张，并且对查询速度没有什么要求的话可以将加载因子设置大一点。不过一般我们都不用去设置它，让它取默认值0.75就好了。

下面是HashMap的几个构造方法：

									public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {

									 // 确保数字合法

									 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);

									 // Find a power of 2 >= initialCapacity

									 int capacity = 1; // 初始容量

									 while (capacity < initialCapacity) // 确保容量为2的n次幂，使capacity为大于initialCapacity的最小的2的n次幂

									 capacity <<= 1;

									 this.loadFactor = loadFactor;

									 threshold = (int)(capacity * loadFactor);

									 table = new Entry[capacity];

									 init();

									}

									public HashMap(int initialCapacity) {

									 this(initialCapacity, DEFAULT_LOAD_FACTOR);

									}

									public HashMap() {

									 this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR;

									 threshold = (int)(DEFAULT_INITIAL_CAPACITY * DEFAULT_LOAD_FACTOR);

									 table = new Entry[DEFAULT_INITIAL_CAPACITY];

									 init();

									}

默认初始容量为16，加载因子为0.75。上面代码中13-15行，这段代码的作用是确保容量为2的n次幂，使capacity为大于initialCapacity的最小的2的n次幂。

下面看看HashMap存储数据的过程是怎样的，首先看看HashMap的put方法：

									public V put(K key, V value) {

									 if (key == null) // 如果键为null的话，调用putForNullKey(value)

									  return putForNullKey(value);

									 int hash = hash(key.hashCode()); // 根据键的hashCode计算hash码

									 int i = indexFor(hash, table.length);

									 for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) { // 处理冲突的，如果hash值相同，则在该位置用链表存储

									  Object k;

									  if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) { //如果key相同则覆盖并返回旧值

									  V oldValue = e.value;

									  e.value = value;

									  e.recordAccess(this);

									  return oldValue;

									 }

									 }

									 modCount++;

									 addEntry(hash, key, value, i);

									 return null;

									}

当我们往HashMap中put元素的时候，先根据key的hash值得到这个元素在数组中的位置，然后就可以把这个元素放到对应的位置中了。如果这个元素所在的位子上已经存放有其他元素了，那么在同一个位子上的元素将以链表的形式存放，新加入的放在链头，最先加入的放在链尾。从HashMap中get元素时，首先计算key的hashcode，找到数组中对应位置的某一元素，然后通过key的equals方法在对应位置的链表中找到需要的元素。

具体的实现是：当你的key为null时，会调用putForNullKey，HashMap允许key为null，这样的对象是放在table[0]中。如果不为空，则调用int hash = hash(key.hashCode());这是HashMap的一个自定义的hash方法，在key.hashCode()基础上进行二次hash，源码如下：

									static int hash(int h) {

									h ^= (h >>> 20) ^ (h >>> 12);

									return h ^ (h >>> 7) ^ (h >>> 4);

									}

得到hash码之后就会通过hash码去计算出应该存储在数组中的索引，计算索引的函数如下：

									static int indexFor(int h, int length) {

									return h & (length-1);

									}

它通过 h & (table.length-1) 来得到该对象的保存位，而HashMap底层数组的长度总是 2 的n 次方，这是HashMap在速度上的优化。当length总是 2 的n次方时，h & (length-1)运算等价于对length取模，也就是h % length，但是&比%具有更高的效率。当数组长度为2的n次幂的时候，不同的key算出的index相同的几率较小，那么数据在数组上分布就比较均匀，也就是说碰撞的几率小，相对的，查询的时候就不用遍历某个位置上的链表，这样查询效率也就较高了。

下面继续回到put方法里面，前面已经计算出索引的值了，看到第6到14行，如果数组中该索引的位置的链表已经存在key相同的对象，则将其覆盖掉并返回原先的值。如果没有与key相同的键，则调用addEntry方法创建一个Entry对象，addEntry方法如下：

									void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {

									 Entry<K,V> e = table[bucketIndex]; // 如果要加入的位置有值，将该位置原先的值设置为新entry的next,也就是新entry链表的下一个节点

									 table[bucketIndex] = new Entry<>(hash, key, value, e);

									 if (size++ >= threshold) // 如果大于临界值就扩容

									 resize(2 * table.length); // 以2的倍数扩容

									}

参数bucketIndex就是indexFor函数计算出来的索引值，第2行代码是取得数组中索引为bucketIndex的Entry对象，第3行就是用hash、key、value构建一个新的Entry对象放到索引为bucketIndex的位置，并且将该位置原先的对象设置为新对象的next构成链表。第4行和第5行就是判断put后size是否达到了临界值threshold，如果达到了临界值就要进行扩容，HashMap扩容是扩为原来的两倍。resize()方法如下：

									void resize(int newCapacity) {

									 Entry[] oldTable = table;

									 int oldCapacity = oldTable.length;

									 if (oldCapacity == MAXIMUM_CAPACITY) {

									  threshold = Integer.MAX_VALUE;

									  return;

									 }

									8

									 Entry[] newTable = new Entry[newCapacity];

									 transfer(newTable); // 用来将原先table的元素全部移到newTable里面

									 table = newTable; // 再将newTable赋值给table

									 threshold = (int)(newCapacity * loadFactor); // 重新计算临界值

									}

扩容是需要进行数组复制的，上面代码中第10行为复制数组，复制数组是非常消耗性能的操作，所以如果我们已经预知HashMap中元素的个数，那么预设元素的个数能够有效的提高HashMap的性能。下面是get方法的源码：

									public V get(Object key) { 

									if (key == null)

									return getForNullKey();

									int hash = hash(key.hashCode());

									// 找到数组的下标，进行遍历

									for (Entry<K,V> e = table[indexFor(hash, table.length)]; e != null; e = e.next) {

									Object k;

									if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k)))

									 return e.value; // 找到则返回

									}

									return null; // 否则，返回null

									}