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《每天读一个JDK源码》之HashMap解读

news 来源：原创 2025/6/21 6:52:51

📌《每天读一个JDK源码》之HashMap解读

🔗源码定位：java.util.HashMap（建议IDE对照阅读）

今天我们来破解Java集合框架中最精妙的艺术品——HashMap！它不仅是面试必考题（出现率99%），更是理解数据结构设计的绝佳范例。准备好了吗？让我们开启这段源码探险之旅！🚀

🧩 源码全景地图（JDK1.8版）

// 🌈 核心数据结构
transient Node<K,V>[] table; // 哈希桶数组（长度总是2的幂）
static class Node<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
    final int hash; // 🧬 关键字段1：扰动后的哈希值
    final K key;    // 🧬 关键字段2
    V value;
    Node<K,V> next; // 1.8保留链表结构
}

// 🌳 红黑树节点（当链表长度≥8时转换）
static final class TreeNode<K,V> extends LinkedHashMap.Entry<K,V> {
    TreeNode<K,V> parent;  
    TreeNode<K,V> left;
    TreeNode<K,V> right;
    TreeNode<K,V> prev;    // 维持双向链表特性
}

🔥 核心实现原理

💡 哈希算法演进史

// JDK1.7的扰动函数（4次位运算+5次异或）
h ^= (h >>> 20) ^ (h >>> 12);
return h ^ (h >>> 7) ^ (h >>> 4);

// JDK1.8优化（1次位运算+1次异或）
static final int hash(Object key) {
    int h;
    return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
}

（图示：扰动函数将高位特征融入低位，减少哈希碰撞）

⚔️ 哈希冲突解决方案对比

特性	JDK1.7	JDK1.8
数据结构	数组+单向链表	数组+链表/红黑树
插入方式	头插法（多线程成环风险）	尾插法（解决死链问题）
树化阈值	无	链表长度≥8且桶数量≥64
退化阈值	无	树节点≤6时退化为链表

🌪️ 扩容机制源码解析（JDK1.8）

final Node<K,V>[] resize() {
    // 旧容量翻倍（必须保持2的幂）
    newCap = oldCap << 1; 
    
    // 重新分配节点（精妙之处！）
    if (e.next == null) // 单节点
        newTab[e.hash & (newCap - 1)] = e;
    else if (e instanceof TreeNode) // 树节点拆分
        ((TreeNode<K,V>)e).split(this, newTab, j, oldCap);
    else { // 链表优化重组（不需要重新计算哈希！）
        Node<K,V> loHead = null, loTail = null; // 低位链
        Node<K,V> hiHead = null, hiTail = null; // 高位链
        do {
            // 判断是否需要移动的魔法公式：
            if ((e.hash & oldCap) == 0) { ... }
        } while ((e = next) != null);
    }
}

（扩容时链表节点通过hash & oldCap判断是否需要移动，时间复杂度从O(n)降为O(1)）

🧩 扩容过程介绍

截自某平台的的评论区

🚨 并发问题深度警示

// JDK1.7头插法导致死链的典型场景
void transfer(Entry[] newTable) {
    Entry<K,V> e = src[j];
    while (e != null) {
        Entry<K,V> next = e.next;
        int i = indexFor(e.hash, newCapacity); 
        e.next = newTable[i]; // ❌多线程可能形成循环引用
        newTable[i] = e;
        e = next;
    }
}

（1.8改用尾插法+红黑树重组策略，但HashMap仍是非线程安全的！）

🎯 高频面试题精选

为什么负载因子默认0.75？（空间与时间的平衡点）
为什么树化阈值是8？（泊松分布计算，链表长度=8的概率仅0.000006%）
为什么用红黑树不用AVL树？（综合查询与更新效率）
为什么容量必须是2的幂？（通过(n-1) & hash快速定位桶）

🌟 版本对比总结表

对比维度	JDK1.7	JDK1.8
数据结构	数组+链表	数组+链表/红黑树
哈希计算	9次位扰动	2次位扰动
节点插入	头插法	尾插法
扩容后索引计算	全部重新计算hash	利用高位bit判断
最大容量	1<<30	1<<30（但实际受VM限制）