Java中HashMap的put与get方法原理

直接上代码

注： 代码来自于 Java 9

put方法

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

• 当调用put()，首先会根据key生成一个 hash值，原理如下：

static final int hash(Object key) {
    int h;
    //key 是 null 直接返回 0
    //key 不是null，先计算key对应的hashCode，赋值给 h
    //并将 h 与 h >>> 16 做异或（相同为0 不同为1）运算 ，作为hash值返回
    return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
}

• 下图举例说明了位运算的过程，至于原理解释，参考本文引用
  

• 拿到了hash值后，调用 putVal()，做了如下操作

  • 将对象table赋值给tab，并以tab是否为空作为是否第一次调用此方法的判断，是则resize()并给tab，n赋值；
  • 获取tab的第i个元素：根据 (n - 1) & hash 算法 ，计算出i找到，如果为空，调用newNode() ，赋值给tab第i个；
  • 如果不为空，可能存在2种情况：hash值重复了，也就是put过程中，发现之前已经有了此key对应的value，则暂时e = p；
    至于另外一种情况就是位置冲突了，即根据(n - 1) & hash算法发生了碰撞，再次分情况讨论；
    1.以链表的形式存入；
    2.如果碰撞导致链表过长(大于等于TREEIFY_THRESHOLD)，就把链表转换成红黑树；
  • 最后，如果e不为空，将e添加到table中（e.value 被赋值为 putVal()中的参数 value）；

代码如下：

final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,
               boolean evict) {
    Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, i;
    //hashmap对象中 tabel属性为空--->第一次put---->resize()
    if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
        n = (tab = resize()).length;
    //发现tab[i] 没有值，直接存入即可
    if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
        tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
    else {
        //tab[i]取到值了，莫慌，先定义下方2个变量
        Node<K,V> e; K k;
        //如果是 key 重复了  很简单，直接e = p
        if (p.hash == hash &&
            ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
            e = p;
        // 该链为树
        else if (p instanceof TreeNode)
            e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
        // 该链为链表
        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;
            }
        }
        //几种情况都处理，可以添加元素 了
        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)
        resize();
    afterNodeInsertion(evict);
    return null;
}

get方法

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

• 还是先根据key获取hash值，其他没什么可说的，有值value，没有值返回null，直接进入getNode()

final Node<K,V> getNode(int hash, Object key) {
    Node<K,V>[] tab; Node<K,V> first, e; int n; K k;
    if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 &&
        (first = tab[(n - 1) & hash]) != null) {
        if (first.hash == hash && // always check first node
            ((k = first.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
            return first;
        if ((e = first.next) != null) {
            if (first instanceof TreeNode)
                return ((TreeNode<K,V>)first).getTreeNode(hash, key);
            do {
                if (e.hash == hash &&
                    ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                    return e;
            } while ((e = e.next) != null);
        }
    }
    return null;
}

• 不难发现，此方法明显没有putVal复杂，并且参数比较简单：一个int型的hash值，一个Object的key；
• 先定义几个变量：
  • 1个Node的数组 tab，两个Node对象，first，e，一个int n，一个K k；

• 进入方法的if判断，如果不走此if，直接返回null；
  • 判断了如下内容，并且用 && 连接（同时满足，并且有短路）
  • (tab = table) != null， 只要进行过 put 操作，即满足；
  • (n = tab.length) > 0，要求map集合中有元素（与上一个条件不同：先put再remove，此判断不成立）；
  • (first = tab[(n - 1) & hash]) != null，还是与put时同样的计算索引方法，！=null 代表tab数组对应索引有元素；
• 满足最外层的if后，再次需要分2种情况讨论；
  • 别找了 hash值也是first的hash值，传入的key也是那个key（==直接返回true，重写了 equal后 返回true也可以）
    此时，直接返回first即可；
  • 树中还是链表中？做出不同处理
    1.红黑树：直接调用getTreeNode()，不做深究
    2.链表：通过.next() 循环获取，知道找到满足条件的key为止
• 最后，可以返回之前定义的 Node对象 e啦。

再来两张图，加深理解

• 从结构实现来讲，HashMap是数组+链表+红黑树（JDK1.8增加了红黑树部分）实现的，如下如所示。
  

• HashMap的put方法执行过程可以通过下图来理解。
  

本文参考：http://yikun.github.io/2015/04/01/Java-HashMap工作原理及实现/
http://www.importnew.com/20386.html