面试再问HashMap,求你把这篇文章发给他!

2020-05-19 16:12:46来源:博客园 阅读 ()

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面试再问HashMap,求你把这篇文章发给他!

作者:超大只乌龟
https://segmentfault.com/a/1190000022184751

总所周知 HashMap 是面试中经常问到的一个知识点,也是判断一个候选人基础是否扎实的标准之一,因为通过?HashMap?可以引出很多知识点,比如数据结构(数组、链表、红黑树)、equals 和 hashcode?方法。

除此之外还可以引出线程安全的问题,HashMap?是我在初学阶段学到的设计的最为巧妙的集合,里面有很多细节以及优化技巧都值得我们深入学习,话不多说先看看相关的面试题:

? ?默认大小、负载因子以及扩容倍数是多少

? ?底层数据结构

? ?如何处理 hash 冲突的

? ?如何计算一个 key 的 hash 值

? ?数组长度为什么是 2 的幂次方

? ?扩容、查找过程

如果上面的都能回答出来的话你就不需要看这篇文章了,那么开始进入正文。

数据结构

? ?在 JDK1.8 中,HashMap 是由数组+链表+红黑树构成

? ?当一个值中要存储到 HashMap 中的时候会根据 Key 的值来计算出他的 hash,通过 hash 值来确认存放到数组中的位置,如果发生 hash 冲突就以链表的形式存储,当链表过长的话,HashMap 会把这个链表转换成红黑树来存储。

在看源码之前我们需要先看看一些基本属性

//默认初始容量为16
static?final?int?DEFAULT_INITIAL_CAPACITY?=?1?<<?4;
//默认负载因子为0.75
static?final?float?DEFAULT_LOAD_FACTOR?=?0.75f;
//Hash数组(在resize()中初始化)
transient?Node<K,V>[]?table;
//元素个数
transient?int?size;
//容量阈值(元素个数超过该值会自动扩容)
int?threshold;

table 数组里面存放的是 Node 对象,Node 是 HashMap 的一个内部类,用来表示一个 key-value,源码如下:

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

????Node(int?hash,?K?key,?V?value,?Node<K,V>?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);//^表示相同返回0,不同返回1
????????//Objects.hashCode(o)————>return?o?!=?null???o.hashCode()?:?0;
????}

????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;
????????????//Objects.equals(1,b)————>?return?(a?==?b)?||?(a?!=?null?&&?a.equals(b));
????????????if?(Objects.equals(key,?e.getKey())?&&?Objects.equals(value,?e.getValue()))
????????????????return?true;
????????}
????????return?false;
????}
}

总结:

? ?默认初始容量为 16,默认负载因子为 0.75

? ?threshold = 数组长度 * loadFactor,当元素个数超过threshold(容量阈值)时,HashMap 会进行扩容操作

? ?table 数组中存放指向链表的引用

这里需要注意的一点是 table 数组并不是在构造方法里面初始化的,它是在 resize(扩容)方法里进行初始化的。

table 数组长度永远为 2 的幂次方

总所周知,HashMap 数组长度永远为 2 的幂次方(指的是 table 数组的大小),那你有想过为什么吗?

首先我们需要知道 HashMap 是通过一个名为 tableSizeFor 的方法来确保 HashMap 数组长度永远为2的幂次方的,源码如下:

/*找到大于或等于?cap?的最小2的幂,用来做容量阈值*/
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;
}

tableSizeFor 的功能(不考虑大于最大容量的情况)是返回大于等于输入参数且最近的 2 的整数次幂的数。比如 10,则返回 16。

该算法让最高位的 1 后面的位全变为 1。最后再让结果 n+1,即得到了 2 的整数次幂的值了。

让 cap-1 再赋值给 n 的目的是另找到的目标值大于或等于原值。例如二进制 1000,十进制数值为 8。如果不对它减1而直接操作,将得到答案 10000,即 16。显然不是结果。减 1 后二进制为 111,再进行操作则会得到原来的数值 1000,即 8。通过一系列位运算大大提高效率。

那在什么地方会用到 tableSizeFor 方法呢?

答案就是在构造方法里面调用该方法来设置 threshold,也就是容量阈值。

这里你可能又会有一个疑问:为什么要设置为 threshold 呢?

因为在扩容方法里第一次初始化 table 数组时会将 threshold 设置数组的长度,后续在讲扩容方法时再介绍。推荐阅读:HashMap 面试 21 问,这次要跪了!

/*传入初始容量和负载因子*/
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);
}
那么为什么要把数组长度设计为 2 的幂次方呢?

我个人觉得这样设计有以下几个好处:

1. 当数组长度为 2 的幂次方时,可以使用位运算来计算元素在数组中的下标

HashMap 是通过 index=hash&(table.length-1) 这条公式来计算元素在 table 数组中存放的下标,就是把元素的 hash 值和数组长度减1的值做一个与运算,即可求出该元素在数组中的下标,这条公式其实等价于 hash%length,也就是对数组长度求模取余,只不过只有当数组长度为 2 的幂次方时,hash&(length-1) 才等价于 hash%length,使用位运算可以提高效率。

2. 增加 hash 值的随机性,减少 hash 冲突

如果 length 为 2 的幂次方,则 length-1 转化为二进制必定是 11111……的形式,这样的话可以使所有位置都能和元素 hash 值做与运算,如果是如果 length 不是 2 的次幂,比如 length 为 15,则 length-1 为 14,对应的二进制为 1110,在和 hash 做与运算时,最后一位永远都为 0 ,浪费空间。HashMap 容量为什么总是为 2 的次幂?推荐看下。

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扩容

HashMap 每次扩容都是建立一个新的 table 数组,长度和容量阈值都变为原来的两倍,然后把原数组元素重新映射到新数组上,具体步骤如下:

1. 首先会判断 table 数组长度,如果大于 0 说明已被初始化过,那么按当前 table 数组长度的 2 倍进行扩容,阈值也变为原来的 2 倍

2. 若 table 数组未被初始化过,且 threshold(阈值)大于 0 说明调用了 HashMap(initialCapacity, loadFactor) 构造方法,那么就把数组大小设为 threshold

3. 若 table 数组未被初始化,且 threshold 为 0 说明调用 HashMap() 构造方法,那么就把数组大小设为 16,threshold 设为 16*0.75

4. 接着需要判断如果不是第一次初始化,那么扩容之后,要重新计算键值对的位置,并把它们移动到合适的位置上去,如果节点是红黑树类型的话则需要进行红黑树的拆分。

这里有一个需要注意的点就是在 JDK1.8 HashMap 扩容阶段重新映射元素时不需要像 1.7 版本那样重新去一个个计算元素的 hash 值,而是通过 hash & oldCap 的值来判断,若为 0 则索引位置不变,不为 0 则新索引=原索引+旧数组长度,为什么呢?具体原因如下:

因为我们使用的是 2 次幂的扩展(指长度扩为原来 2 倍),所以,元素的位置要么是在原位置,要么是在原位置再移动 2 次幂的位置。因此,我们在扩充 HashMap 的时候,不需要像 JDK1.7 的实现那样重新计算 hash,只需要看看原来的 hash 值新增的那个 bit 是 1 还是 0 就好了,是 0 的话索引没变,是 1 的话索引变成“原索引 +oldCap

这点其实也可以看做长度为 2 的幂次方的一个好处,也是 HashMap 1.7 和 1.8 之间的一个区别,具体源码如下:

/*扩容*/
final?Node<K,V>[]?resize()?{
????Node<K,V>[]?oldTab?=?table;
????int?oldCap?=?(oldTab?==?null)???0?:?oldTab.length;
????int?oldThr?=?threshold;
????int?newCap,?newThr?=?0;

????//1、若oldCap>0?说明hash数组table已被初始化
????if?(oldCap?>?0)?{
????????if?(oldCap?>=?MAXIMUM_CAPACITY)?{
????????????threshold?=?Integer.MAX_VALUE;
????????????return?oldTab;
????????}//按当前table数组长度的2倍进行扩容,阈值也变为原来的2倍
????????else?if?((newCap?=?oldCap?<<?1)?<?MAXIMUM_CAPACITY?&&?oldCap?>=?DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)
????????????newThr?=?oldThr?<<?1;
????}//2、若数组未被初始化,而threshold>0说明调用了HashMap(initialCapacity)和HashMap(initialCapacity,?loadFactor)构造器
????else?if?(oldThr?>?0)
????????newCap?=?oldThr;//新容量设为数组阈值
????else?{?//3、若table数组未被初始化,且threshold为0说明调用HashMap()构造方法
????????newCap?=?DEFAULT_INITIAL_CAPACITY;//默认为16
????????newThr?=?(int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR?*?DEFAULT_INITIAL_CAPACITY);//16*0.75
????}

????//若计算过程中,阈值溢出归零,则按阈值公式重新计算
????if?(newThr?==?0)?{
????????float?ft?=?(float)newCap?*?loadFactor;
????????newThr?=?(newCap?<?MAXIMUM_CAPACITY?&&?ft?<?(float)MAXIMUM_CAPACITY??
??????????????????(int)ft?:?Integer.MAX_VALUE);
????}
????threshold?=?newThr;
????//创建新的hash数组,hash数组的初始化也是在这里完成的
????Node<K,V>[]?newTab?=?(Node<K,V>[])new?Node[newCap];
????table?=?newTab;
????//如果旧的hash数组不为空,则遍历旧数组并映射到新的hash数组
????if?(oldTab?!=?null)?{
????????for?(int?j?=?0;?j?<?oldCap;?++j)?{
????????????Node<K,V>?e;
????????????if?((e?=?oldTab[j])?!=?null)?{
????????????????oldTab[j]?=?null;//GC
????????????????if?(e.next?==?null)//如果只链接一个节点,重新计算并放入新数组
????????????????????newTab[e.hash?&?(newCap?-?1)]?=?e;
????????????????//若是红黑树,则需要进行拆分
????????????????else?if?(e?instanceof?TreeNode)
????????????????????((TreeNode<K,V>)e).split(this,?newTab,?j,?oldCap);
????????????????else?{
????????????????????//rehash————>重新映射到新数组
????????????????????Node<K,V>?loHead?=?null,?loTail?=?null;
????????????????????Node<K,V>?hiHead?=?null,?hiTail?=?null;
????????????????????Node<K,V>?next;
????????????????????do?{
????????????????????????next?=?e.next;
????????????????????????/*注意这里使用的是:e.hash & oldCap,若为0则索引位置不变,不为0则新索引=原索引+旧数组长度*/
????????????????????????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;
}

在扩容方法里面还涉及到有关红黑树的几个知识点:

链表树化

指的就是把链表转换成红黑树,树化需要满足以下两个条件:

  • 链表长度大于等于 8

  • table 数组长度大于等于 64

为什么 table 数组容量大于等于 64 才树化?

因为当 table 数组容量比较小时,键值对节点 hash 的碰撞率可能会比较高,进而导致链表长度较长。这个时候应该优先扩容,而不是立马树化。

红黑树拆分

拆分就是指扩容后对元素重新映射时,红黑树可能会被拆分成两条链表。

由于篇幅有限,有关红黑树这里就不展开了。

查找

HashMap 的查找是非常快的,要查找一个元素首先得知道 key 的 hash 值,在 HashMap 中并不是直接通过 key 的 hashcode 方法获取哈希值,而是通过内部自定义的 hash 方法计算哈希值,我们来看看其实现:

static?final?int?hash(Object?key)?{
????int?h;
????return?(key?==?null)???0?:?(h?=?key.hashCode())?^?(h?>>>?16);
}

(h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16) 是为了让高位数据与低位数据进行异或,变相的让高位数据参与到计算中,int 有 32 位,右移 16 位就能让低 16 位和高 16 位进行异或,也是为了增加 hash 值的随机性。

知道如何计算 hash 值后我们来看看 get 方法

public?V?get(Object?key)?{
????Node<K,V>?e;
????return?(e?=?getNode(hash(key),?key))?==?null???null?:?e.value;//hash(key)不等于key.hashCode
}

final?Node<K,V>?getNode(int?hash,?Object?key)?{
????Node<K,V>[]?tab;?//指向hash数组
????Node<K,V>?first,?e;?//first指向hash数组链接的第一个节点,e指向下一个节点
????int?n;//hash数组长度
????K?k;
????/*(n?-?1)?&?hash?————>根据hash值计算出在数组中的索引index(相当于对数组长度取模,这里用位运算进行了优化)*/
????if?((tab?=?table)?!=?null?&&?(n?=?tab.length)?>?0?&&?(first?=?tab[(n?-?1)?&?hash])?!=?null)?{
????????//基本类型用==比较,其它用euqals比较
????????if?(first.hash?==?hash?&&?((k?=?first.key)?==?key?||?(key?!=?null?&&?key.equals(k))))
????????????return?first;
????????if?((e?=?first.next)?!=?null)?{
????????????//如果first是TreeNode类型,则调用红黑树查找方法
????????????if?(first?instanceof?TreeNode)
????????????????return?((TreeNode<K,V>)first).getTreeNode(hash,?key);
????????????do?{//向后遍历
????????????????if?(e.hash?==?hash?&&?((k?=?e.key)?==?key?||?(key?!=?null?&&?key.equals(k))))
????????????????????return?e;
????????????}?while?((e?=?e.next)?!=?null);
????????}
????}
????return?null;
}

这里要注意的一点就是在 HashMap 中用 (n - 1) & hash 计算 key 所对应的索引 index(相当于对数组长度取模,这里用位运算进行了优化),这点在上面已经说过了,就不再废话了。

插入

我们先来看看插入元素的步骤:

1. 当 table 数组为空时,通过扩容的方式初始化 table

2. 通过计算键的 hash 值求出下标后,若该位置上没有元素(没有发生 hash 冲突),则新建 Node 节点插入

3. 若发生了 hash 冲突,遍历链表查找要插入的 key 是否已经存在,存在的话根据条件判断是否用新值替换旧值

4. 如果不存在,则将元素插入链表尾部,并根据链表长度决定是否将链表转为红黑树

5. 判断键值对数量是否大于阈值,大于的话则进行扩容操作

先看完上面的流程,再来看源码会简单很多,源码如下:

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

final?V?putVal(int?hash,?K?key,?V?value,?boolean?onlyIfAbsent,boolean?evict)?{
????Node<K,V>[]?tab;//指向hash数组
????Node<K,V>?p;//初始化为table中第一个节点
????int?n,?i;//n为数组长度,i为索引

????//tab被延迟到插入新数据时再进行初始化
????if?((tab?=?table)?==?null?||?(n?=?tab.length)?==?0)
????????n?=?(tab?=?resize()).length;
????//如果数组中不包含Node引用,则新建Node节点存入数组中即可
????if?((p?=?tab[i?=?(n?-?1)?&?hash])?==?null)
????????tab[i]?=?newNode(hash,?key,?value,?null);//new?Node<>(hash,?key,?value,?next)
????else?{
????????Node<K,V>?e;?//如果要插入的key-value已存在,用e指向该节点
????????K?k;
????????//如果第一个节点就是要插入的key-value,则让e指向第一个节点(p在这里指向第一个节点)
????????if?(p.hash?==?hash?&&?((k?=?p.key)?==?key?||?(key?!=?null?&&?key.equals(k))))
????????????e?=?p;
????????//如果p是TreeNode类型,则调用红黑树的插入操作(注意:TreeNode是Node的子类)
????????else?if?(p?instanceof?TreeNode)
????????????e?=?((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this,?tab,?hash,?key,?value);
????????else?{
????????????//对链表进行遍历,并用binCount统计链表长度
????????????for?(int?binCount?=?0;?;?++binCount)?{
????????????????//如果链表中不包含要插入的key-value,则将其插入到链表尾部
????????????????if?((e?=?p.next)?==?null)?{
????????????????????p.next?=?newNode(hash,?key,?value,?null);
????????????????????//如果链表长度大于或等于树化阈值,则进行树化操作
????????????????????if?(binCount?>=?TREEIFY_THRESHOLD?-?1)
????????????????????????treeifyBin(tab,?hash);
????????????????????break;
????????????????}
????????????????//如果要插入的key-value已存在则终止遍历,否则向后遍历
????????????????if?(e.hash?==?hash?&&?((k?=?e.key)?==?key?||?(key?!=?null?&&?key.equals(k))))
????????????????????break;
????????????????p?=?e;
????????????}
????????}
????????//如果e不为null说明要插入的key-value已存在
????????if?(e?!=?null)?{
????????????V?oldValue?=?e.value;
????????????//根据传入的onlyIfAbsent判断是否要更新旧值
????????????if?(!onlyIfAbsent?||?oldValue?==?null)
????????????????e.value?=?value;
????????????afterNodeAccess(e);
????????????return?oldValue;
????????}
????}
????++modCount;
????//键值对数量超过阈值时,则进行扩容
????if?(++size?>?threshold)
????????resize();
????afterNodeInsertion(evict);//也是空函数?回调?不知道干嘛的
????return?null;
}

从源码也可以看出 table 数组是在第一次调用 put 方法后才进行初始化的。

删除

HashMap 的删除操作并不复杂,仅需三个步骤即可完成。

1. 定位桶位置

2. 遍历链表找到相等的节点

3. 第三步删除节点

public?V?remove(Object?key)?{
????Node<K,V>?e;
????return?(e?=?removeNode(hash(key),?key,?null,?false,?true))?==?null???null?:?e.value;
}

final?Node<K,V>?removeNode(int?hash,?Object?key,?Object?value,boolean?matchValue,?boolean?movable)?{
????Node<K,V>[]?tab;
????Node<K,V>?p;
????int?n,?index;
????//1、定位元素桶位置
????if?((tab?=?table)?!=?null?&&?(n?=?tab.length)?>?0?&&?(p?=?tab[index?=?(n?-?1)?&?hash])?!=?null)?{
????????Node<K,V>?node?=?null,?e;
????????K?k;
????????V?v;
????????//?如果键的值与链表第一个节点相等,则将?node?指向该节点
????????if?(p.hash?==?hash?&&?((k?=?p.key)?==?key?||?(key?!=?null?&&?key.equals(k))))
????????????node?=?p;
????????else?if?((e?=?p.next)?!=?null)?{
????????????//?如果是?TreeNode?类型,调用红黑树的查找逻辑定位待删除节点
????????????if?(p?instanceof?TreeNode)
????????????????node?=?((TreeNode<K,V>)p).getTreeNode(hash,?key);
????????????else?{
????????????????//?2、遍历链表,找到待删除节点
????????????????do?{
????????????????????if?(e.hash?==?hash?&&?((k?=?e.key)?==?key?||?(key?!=?null?&&?key.equals(k))))?{
????????????????????????node?=?e;
????????????????????????break;
????????????????????}
????????????????????p?=?e;
????????????????}?while?((e?=?e.next)?!=?null);
????????????}
????????}
????????//?3、删除节点,并修复链表或红黑树
????????if?(node?!=?null?&&?(!matchValue?||?(v?=?node.value)?==?value?||?(value?!=?null?&&?value.equals(v))))?{
????????????if?(node?instanceof?TreeNode)
????????????????((TreeNode<K,V>)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;
}

注意:删除节点后可能破坏了红黑树的平衡性质,removeTreeNode 方法会对红黑树进行变色、旋转等操作来保持红黑树的平衡结构,这部分比较复杂。

遍历

在工作中 HashMap 的遍历操作也是非常常用的,也许有很多小伙伴喜欢用 for-each 来遍历,但是你知道其中有哪些坑吗?

看下面的例子,当我们在遍历 HashMap 的时候,若使用 remove 方法删除元素时会抛出 ConcurrentModificationException 异常

Map<String,?Integer>?map?=?new?HashMap<>();
map.put("1",?1);
map.put("2",?2);
map.put("3",?3);
for?(String?s?:?map.keySet())?{
????if?(s.equals("2"))
????????map.remove("2");
}

这就是常说的 fail-fast(快速失败)机制,这个就需要从一个变量说起

transient?int?modCount;

在 HashMap 中有一个名为 modCount 的变量,它用来表示集合被修改的次数,修改指的是插入元素或删除元素,可以回去看看上面插入删除的源码,在最后都会对 modCount 进行自增。

当我们在遍历 HashMap 时,每次遍历下一个元素前都会对 modCount 进行判断,若和原来的不一致说明集合结果被修改过了,然后就会抛出异常,这是 Java 集合的一个特性,我们这里以 keySet 为例,看看部分相关源码:

public?Set<K>?keySet()?{
????Set<K>?ks?=?keySet;
????if?(ks?==?null)?{
????????ks?=?new?KeySet();
????????keySet?=?ks;
????}
????return?ks;
}

final?class?KeySet?extends?AbstractSet<K>?{
????public?final?Iterator<K>?iterator()?????{?return?new?KeyIterator();?}
????//?省略部分代码
}

final?class?KeyIterator?extends?HashIterator?implements?Iterator<K>?{
????public?final?K?next()?{?return?nextNode().key;?}
}

/*HashMap迭代器基类,子类有KeyIterator、ValueIterator等*/
abstract?class?HashIterator?{
????Node<K,V>?next;????????//下一个节点
????Node<K,V>?current;?????//当前节点
????int?expectedModCount;??//修改次数
????int?index;?????????????//当前索引
????//无参构造
????HashIterator()?{
????????expectedModCount?=?modCount;
????????Node<K,V>[]?t?=?table;
????????current?=?next?=?null;
????????index?=?0;
????????//找到第一个不为空的桶的索引
????????if?(t?!=?null?&&?size?>?0)?{
????????????do?{}?while?(index?<?t.length?&&?(next?=?t[index++])?==?null);
????????}
????}
????//是否有下一个节点
????public?final?boolean?hasNext()?{
????????return?next?!=?null;
????}
????//返回下一个节点
????final?Node<K,V>?nextNode()?{
????????Node<K,V>[]?t;
????????Node<K,V>?e?=?next;
????????if?(modCount?!=?expectedModCount)
????????????throw?new?ConcurrentModificationException();//fail-fast
????????if?(e?==?null)
????????????throw?new?NoSuchElementException();
????????//当前的链表遍历完了就开始遍历下一个链表
????????if?((next?=?(current?=?e).next)?==?null?&&?(t?=?table)?!=?null)?{
????????????do?{}?while?(index?<?t.length?&&?(next?=?t[index++])?==?null);
????????}
????????return?e;
????}
????//删除元素
????public?final?void?remove()?{
????????Node<K,V>?p?=?current;
????????if?(p?==?null)
????????????throw?new?IllegalStateException();
????????if?(modCount?!=?expectedModCount)
????????????throw?new?ConcurrentModificationException();
????????current?=?null;
????????K?key?=?p.key;
????????removeNode(hash(key),?key,?null,?false,?false);//调用外部的removeNode
????????expectedModCount?=?modCount;
????}
}

相关代码如下,可以看到若 modCount 被修改了则会抛出 ConcurrentModificationException 异常。

if?(modCount?!=?expectedModCount)
????throw?new?ConcurrentModificationException();

那么如何在遍历时删除元素呢?

我们可以看看迭代器自带的 remove 方法,其中最后两行代码如下:

removeNode(hash(key),?key,?null,?false,?false);//调用外部的removeNode
expectedModCount?=?modCount;

意思就是会调用外部 remove 方法删除元素后,把 modCount 赋值给 expectedModCount,这样的话两者一致就不会抛出异常了,所以我们应该这样写:

Map<String,?Integer>?map?=?new?HashMap<>();
map.put("1",?1);
map.put("2",?2);
map.put("3",?3);
Iterator<String>?iterator?=?map.keySet().iterator();
while?(iterator.hasNext()){
????if?(iterator.next().equals("2"))
????????iterator.remove();
}

这里还有一个知识点就是在遍历 HashMap 时,我们会发现遍历的顺序和插入的顺序不一致,这是为什么?

在 HashIterator 源码里面可以看出,它是先从桶数组中找到包含链表节点引用的桶。然后对这个桶指向的链表进行遍历。遍历完成后,再继续寻找下一个包含链表节点引用的桶,找到继续遍历。找不到,则结束遍历。这就解释了为什么遍历和插入的顺序不一致,不懂的同学请看下图:

equasl 和 hashcode

为什么添加到 HashMap 中的对象需要重写 equals() 和 hashcode() 方法?

简单看个例子,这里以 Person 为例:

public?class?Person?{
????Integer?id;
????String?name;

????public?Person(Integer?id,?String?name)?{
????????this.id?=?id;
????????this.name?=?name;
????}

????@Override
????public?boolean?equals(Object?obj)?{
????????if?(obj?==?null)?return?false;
????????if?(obj?==?this)?return?true;
????????if?(obj?instanceof?Person)?{
????????????Person?person?=?(Person)?obj;
????????????if?(this.id?==?person.id)
????????????????return?true;
????????}
????????return?false;
????}

????public?static?void?main(String[]?args)?{
????????Person?p1?=?new?Person(1,?"aaa");
????????Person?p2?=?new?Person(1,?"bbb");
????????HashMap<Person,?String>?map?=?new?HashMap<>();
????????map.put(p1,?"这是p1");
????????System.out.println(map.get(p2));
????}
}

?原生的 equals 方法是使用 == 来比较对象的
?原生的 hashCode 值是根据内存地址换算出来的一个值

Person 类重写 equals 方法来根据 id 判断是否相等,当没有重写 hashcode 方法时,插入 p1 后便无法用 p2 取出元素,这是因为 p1 和 p2 的哈希值不相等。

HashMap 插入元素时是根据元素的哈希值来确定存放在数组中的位置,因此HashMap 的 key 需要重写 equals 和 hashcode 方法。

总结

本文描述了 HashMap 的实现原理,并结合源码做了进一步的分析,后续有空的话会聊聊有关 HashMap 的线程安全问题,希望本篇文章能帮助到大家,同时也欢迎讨论指正,谢谢支持!

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