HashMap源码分析

1 基本原理

HashMap是一种用于存储键值对的数据结构,顾名思义,它的底层算法是基于hash运算的。对于HashMap最简单的使用如下:

HashMap<String, String> map = new HashMap<>();
map.put("myKey", "myValue");
String value = map.get("myKey");
System.out.println(value);

假设键都为整型Int的话,那么我们可以用整型数组来实现键值的存取。数组的下标即为Key,数组中的元素即为Value。


将键值对存入整型数组

而对于键为其他封装类型的对象,都可以通过hash运算出一个整型值(hashCode),对于上面程序中的例子,我们假设字符串"myKey"的哈希值为4,那么我们可以通过哈希运算得到上图中的key值(此刻的hash值)用于映射到数组的索引以存入数据。


哈希运算映射数组索引

到这里,如果满足以下两个条件,那么这个数据结构在功能上便没有问题了:
  • 用于存放数据的数组足够大,足以容纳任何大小的hash值
  • hash算法足够优秀,任何对象的哈希值都是唯一的

但是开辟过量的数组空间会造成资源浪费,而哈希值也无法保证一定相等。
为了解决数组容量问题,需要规定数组容量的大小(capacity),在上图中为100。对于超过数组容量(capacity)的哈希值,对其进行hashCode%capacity模运算后(modHash)以映射数组索引。
此时引入了另一个问题,无论哈希算法多么优秀,两个对象的modHash更有可能一样,这被称为哈希碰撞
为了解决哈希碰撞问题,数组中所存的将不再是单个元素,而是所有modHash一致的对象所组成的链表。
由于数组的每个cell可以存储多个数据,我们将数组的每个cell称为一个哈希桶,用于盛放所有modHash一致的对象。

发生哈希碰撞时按链表存放

由上图可知,由于4和104相对数组容量(capacity)100的模(modHash)都为4,因此按链表存放在数组索引为4的位置。
因此,如果按以上原理去实现一个HashMap,那么它就是一个基于底层数据结构为数组+链表的键值对数据结构。Java1.7中的HashMap正是基于数组+链表实现的。

2 jdk1.7源码分析

2.1 构造

话不多说,先看下HashMap是怎么构造的:

static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; // aka 16
static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;

public HashMap() {
    this(DEFAULT_INITIAL_CAPACITY, DEFAULT_LOAD_FACTOR);
}

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;
    threshold = initialCapacity;
    init();
}

void init() {
}

可以看到,我们在通过无参构造方法创建一个HashMap时,会去调用双参构造方法。这里会初始化两个参数:

  • loadFactor: 加载系数,默认为0.75f,该参数用于判断内部数组的扩容判断。
  • threshold: 阈值,默认为初始容积,大概和数组的容量有关。

此外,init()方法为空方法,由子类去实现,不用管。
由此可见,在HashMap创建的时候,并不会去创建底层的数据结构。

2.2 添加元素

接着我们看一下如何添加一个元素:

public V put(K key, V value) {
    // 1、当数组为空的时候,初始化数组
    if (table == EMPTY_TABLE) {
        inflateTable(threshold);
    }
    // 2、当键为null的时候
    if (key == null)
        return putForNullKey(value);
    // 3、进行哈希运算
    int hash = hash(key);
    // 4、对哈希值取模,获得数组索引
    int i = indexFor(hash, table.length);
    // 5、寻找是否存在对应的哈希桶,且其存在对应的元素(hash和key都相等),如果有,则替换之。
    for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) {
         Object k;
         if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {
             V oldValue = e.value;
             e.value = value;
             e.recordAccess(this);
             return oldValue;
         }
     }

     modCount++;
     // 6、如果不存在对应的元素,添加新元素操作。
     addEntry(hash, key, value, i);
     return null;
 }

由以上方法可知,对于添加一个元素,大概可以6步,以下针对每一步做解释:

2.2.1 初始化数组

table的声明如下:

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

static final Entry<?,?>[] EMPTY_TABLE = {};

transient Entry<K,V>[] table = (Entry<K,V>[]) EMPTY_TABLE;

由源码可知,table是一个Entry的数组对象,初始化为空数组。Entry正如我们开始分析的那样,包含键值对,哈希,以及指向的下一个元素四部分组成。
接着看数组的初始化方法:

private void inflateTable(int toSize) {
    // 1.根据toSize找到一个刚好大与或等于2的次方的整数,这个数作为数组的容积。
    int capacity = roundUpToPowerOf2(toSize);

    // 2.根据容积和负载量以及最大容积,计算阈值。
    threshold = (int) Math.min(capacity * loadFactor, MAXIMUM_CAPACITY + 1);
    // 3.创建数组
    table = new Entry[capacity];
    // 和JVM传参有关,默认无效,忽略
    initHashSeedAsNeeded(capacity);
}

可以看到,在初始化的时候主要做三件事:

  • 根据初始的threshold计算数组的容积capacity
  • 重新计算threshold
  • 创建数组 table

2.2.2 键为null时

当键为null时,执行以下方法:

private V putForNullKey(V value) {
    1.查找数组索引为0的哈希桶中,是否存在键为空的元素,如果存在,则替换。
    for (Entry<K,V> e = table[0]; e != null; e = e.next) {
        if (e.key == null) {
            V oldValue = e.value;
            e.value = value;
            e.recordAccess(this);
            return oldValue;
        }
    }
    modCount++;
    // 2.在索引为0的位置添加键为null的新元素
    addEntry(0, null, value, 0);
    return null;
}

由以上源码可知,对于HashMap而言,它将键为null的索引视为0,从而存入索引为0的哈希桶中。
addEntry方法这里先不管,下面再分析。

2.2.3 哈希运算

结下来对key进行哈希运算:

final int hash(Object k) {
    // 和JVM传参有关,忽略
    int h = hashSeed;
    if (0 != h && k instanceof String) {
        return sun.misc.Hashing.stringHash32((String) k);
    }
    
    // 1.获取键的哈希值
    h ^= k.hashCode();
    
    // 2.下面这段英文的意思是,这段代码的作用是使,
    // 只有当hashCode相差一定倍数的时候,才会发生碰撞,
    // 可以将其看成是一种二次哈希,目的是使我们的哈希值更加分散,
    // 笔者没有仔细研究这段代码的作用,如有不对,请指正。
    // This function ensures that hashCodes that differ only by
    // constant multiples at each bit position have a bounded
    // number of collisions (approximately 8 at default load factor).
    h ^= (h >>> 20) ^ (h >>> 12);
    return h ^ (h >>> 7) ^ (h >>> 4);
}

由以上代码可知,通过对key的哈希值进行二次哈希,获得当前的哈希值hash。

2.2.4 进行取模运算,获得哈希值在数组中的索引

static int indexFor(int h, int length) {
    // assert Integer.bitCount(length) == 1 : "length must be a non-zero power of 2";
    return h & (length-1);
}

h & (length - 1) 的功能和取模运算一致,但前提是有以上保证,即length必须是2的非零次方整数。这也是为什么在初始化数组阶段要对threshold进行取2的次方数的原因。

2.2.5 替换已存在的键的元素

for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) {
    Object k;
    if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {
        V oldValue = e.value;
        e.value = value;
        e.recordAccess(this);
        return oldValue;
    }
}

上面这段代码和pushForNullKey中的代码类似,即查找特定哈希桶中是否已存在该键的元素,如果有,则进行值替换。

2.2.6 添加一个新的元素

到这里,和pushForNullKey方法中最后一步一样,到了添加一个新元素的方法:

void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
    // 1.检查是否需要对数组进行扩容
    if ((size >= threshold) && (null != table[bucketIndex])) {
        resize(2 * table.length);
        hash = (null != key) ? hash(key) : 0;
        bucketIndex = indexFor(hash, table.length);
    }
    
    // 2.创建新的元素并存入对应哈希桶中
    createEntry(hash, key, value, bucketIndex);
}

void createEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
    Entry<K,V> e = table[bucketIndex];
    table[bucketIndex] = new Entry<>(hash, key, value, e);
    size++;
}

在添加元素的时候,首先检查当前容量(size)是否达到阈值(threshold)并且对应的哈希桶是否不为空,如果成立则需要对数组进行扩容。
然后再对创建新的元素并根据哈希桶的索引以存入新创建的元素。由createEntry方法可知,我们每次都是将新元素插入到对应哈希桶链表的头部。

2.2.7 扩容

这里引申出另一个方法,就是如何对数组进行扩容,看一下对应的resize方法:

 void resize(int newCapacity) {
     Entry[] oldTable = table;
     int oldCapacity = oldTable.length;
    // 1.检查旧数组的容量是否已达到上限,如果是,则不进行扩容。
     if (oldCapacity == MAXIMUM_CAPACITY) {
         threshold = Integer.MAX_VALUE;
         return;
     }
     
    // 2.创建新的数组,并将旧数组中的元素转移到新数组中
     Entry[] newTable = new Entry[newCapacity];
     transfer(newTable, initHashSeedAsNeeded(newCapacity));
     table = newTable;
     // 3.根据新数组的容积更新阈值
     threshold = (int)Math.min(newCapacity * loadFactor, MAXIMUM_CAPACITY + 1);
 }

由以上代码中的分析,聚焦到transfer方法,看下如何把旧数组中的元素都转移到新数组中:

void transfer(Entry[] newTable, boolean rehash) {
    int newCapacity = newTable.length;
    // 1.这重循环是遍历旧数组的哈希桶
    for (Entry<K,V> e : table) {
        2.这重循环是遍历对应哈希桶上的所有元素
        while(null != e) {
            Entry<K,V> next = e.next;
            // 3.计算对应元素在新数组中的索引,然后将对应元素放到新数组中对应的哈希桶中
            if (rehash) {
                e.hash = null == e.key ? 0 : hash(e.key);
            }
            int i = indexFor(e.hash, newCapacity);
            e.next = newTable[i];
            newTable[i] = e;
            e = next;
        }
    }
}

2.3 获取数据

get方法用于根据键获取对应的值:

public V get(Object key) {
    // 1.如果键为空,执行特定方法
    if (key == null)
        return getForNullKey();
    // 2.键不为空时,执行正常的获取
    Entry<K,V> entry = getEntry(key);
    
    // 3.返回entry中的值
    return null == entry ? null : entry.getValue();
}

和添加数据一样,会根据键是否为空执行不同的方法。

2.3.1 获取键为空的值

private V getForNullKey() {
    if (size == 0) {
        return null;
    }
    for (Entry<K,V> e = table[0]; e != null; e = e.next) {
        if (e.key == null)
            return e.value;
    }
    return null;
}

很简单,就是遍历索引为0的哈希桶,查找是否有键为null的元素,如果有则返回对应的值,否则返回null。

2.3.2 获取键不为空的值

final Entry<K,V> getEntry(Object key) {
    if (size == 0) {
        return null;
    }
    int hash = (key == null) ? 0 : hash(key);
    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 != null && key.equals(k))))
            return e;
    }
    return null;
}

和获取键为空的方法类似,只不过这里会根据哈希以及取模后获得哈希桶的索引,然后再遍历对应哈希桶中的元素,查找哈希值以及键相等的元素,如果有则返回对应的节点,如果没有则返回null。

2.4 总结

由以上可知,1.7中的HashMap是一种基于数组和链表为底层数据结构的键值对数据结构,它内部对数组进行扩容,以达到空间利用和哈希碰撞之间的平衡。

3 jdk1.8源码分析

3.1 jdk1.7的不足

在jdk1.7的HashMap中,每一个哈希桶都是一串链表,jdk1.7的HashMap的不足正是由于链表在查找上的劣势所带来的。假设一个哈希桶中所存的链表很长,而我们要查找的元素在链表的尾部,那么只有完全遍历该链表才能找到该元素,这在算法中的复杂度是O(n)的。
那么如何改进呢?假如每个哈希桶中的存储结构由链表改为树结构,那么查找的复杂度将会由O(n)改为O(logn)。这里不对链表和树做过多的介绍,直观的看如下图:


链表
红黑树

第一张图是链表,假设我们要查找的元素是0,那么需要遍历7次。
第二张图是对应的红黑树,查找元素0只需要3次。
jdk1.8便是在底层结构中应用了红黑树,以优化HashMap的性能。

3.2 构造

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

1.8的构造方法特别简单,只是初始化了loadFactor而已。

3.3 添加元素

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; Node<K,V> p; int n, i;
    // 1.如果数组为空,初始化数组
    if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
        n = (tab = resize()).length;
    // 2.如果对应哈希桶没有存值,那么就直接存入元素
    if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
        tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
    else {
        // 注:这里的e表示查找到已有相应的key的节点
        Node<K,V> e; K k; 
        // 3.对应哈希桶的头节点匹配到了添加的元素的键,并赋值给e
        if (p.hash == hash &&
            ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
            e = p;
        // 3.如果哈希桶中存入的是树结构,那么就将该元素存入树中,如果树中已存在对应元素,则赋值给e
        else if (p instanceof TreeNode)
            e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
        else {
            // 4.遍历对应哈希桶中的元素。
            for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
                if ((e = p.next) == null) {
                    // 4.1 如果没匹配到对应元素,则添加到链表尾
                    p.next = newNode(hash, key, value, null);
                    // 4.2 检查是否对对应链表进行树化
                    if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st
                        treeifyBin(tab, hash);
                    break;
                }
                
                // 4.3 如果匹配到了,则赋值给e
                if (e.hash == hash &&
                    ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                    break;
                p = e;
            }
        }
        // 5.如果已有对应的键,则根据onlyIfAbsent或旧值为空决定是否更新对应的值。
        if (e != null) { // existing mapping for key
            V oldValue = e.value;
            if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
                e.value = value;
            afterNodeAccess(e);
            return oldValue;
        }
    }
    ++modCount;
    // 6.检查是否进行扩容
    if (++size > threshold)
        resize();
    afterNodeInsertion(evict);
    return null;
}

同样分为6步,很多步骤都很简单,不需要过多赘述,先简述下大概步骤如下:

  • 第一次添加元素时先对数组进行初始化
  • 根据和1.7类似的索引计算方法,寻找对应的哈希桶
  • 如果桶为空,那么直接存入即可
  • 桶中的数据结构分为两种形态,如果数据量小,数据结构为链表。数据量达到某个数量,将链表转化为树结构。
  • 无论是链表还是桶结构,都需要超找对应桶中是否已存在对应键的元素。如果已存在,根据条件进行值替换。
  • 如果此时数据结构为链表,在链表尾部添加该元素。
  • 如果此时数据结构为树,那么在树中添加该元素。
  • 添加元素后,检查是否需要扩容

然后,这里主要集中在以下几点:

  • 初始化数组
  • 树中如何添加元素
  • 什么时候进行树化,以及如何进行树化
  • 怎么扩容

3.3.1 初始化数组以及扩容

数组的初始化,和扩容方法为同一个,因此这里放在一起分析:

final Node<K,V>[] resize() {
    Node<K,V>[] oldTab = table;
    int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length;
    int oldThr = threshold;
    int newCap, newThr = 0;
    if (oldCap > 0) {
        if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) {
            threshold = Integer.MAX_VALUE;
            return oldTab;
        }
        else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY &&
                 oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)
            newThr = oldThr << 1; // double threshold
    }
    else if (oldThr > 0) // initial capacity was placed in threshold
        newCap = oldThr;
    else {               // zero initial threshold signifies using defaults
        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);
    }
    threshold = newThr;
    @SuppressWarnings({"rawtypes","unchecked"})
    Node<K,V>[] newTab = (Node<K,V>[])new Node[newCap];
    table = newTab;
    if (oldTab != null) {
        for (int j = 0; j < oldCap; ++j) {
            Node<K,V> e;
            if ((e = oldTab[j]) != null) {
                oldTab[j] = null;
                if (e.next == null)
                    newTab[e.hash & (newCap - 1)] = e;
                else if (e instanceof TreeNode)
                    ((TreeNode<K,V>)e).split(this, newTab, j, oldCap);
                else { // preserve order
                    Node<K,V> loHead = null, loTail = null;
                    Node<K,V> hiHead = null, hiTail = null;
                    Node<K,V> next;
                    do {
                        next = e.next;
                        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;
}

🤮,相较于1.7中源代码的简介,1.8真是臭而长,变量命名也很随意。不过通过分析,当oldCap和oldThr都为0的时候,即是初始化的时候,这个时候执行了和1.7构造方法中类似的代码:

newCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY;
newThr = (int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY);

然后,进行了数组初始化

threshold = newThr;
@SuppressWarnings({"rawtypes","unchecked"})
Node<K,V>[] newTab = (Node<K,V>[])new Node[newCap];
table = newTab;

其余代码都为扩容代码,先不管,到这里可以发现,1.8中数组的初始化和1.7中的初始化是一致的。

接下来分析扩容:

if (oldCap > 0) {
    if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) {
        threshold = Integer.MAX_VALUE;
        return oldTab;
    }
    else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY &&
             oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)
        newThr = oldThr << 1; // double threshold
}

上面代码表明,当旧数组容量已经超过最大容量时,直接返回。如果扩容2倍后的数组小于最大容积以及旧的数组容积达到了16,那么才将阈值(threshold)翻倍。
接下来看将数据转移到新数组中的逻辑:

// 1.遍历旧数组中的哈希桶
for (int j = 0; j < oldCap; ++j) {
    Node<K,V> e;
    // 2.如果旧数组中的哈希桶不为空,才需要转移
    if ((e = oldTab[j]) != null) {
        oldTab[j] = null;
        // 3.如果对应哈希桶中只有一个元素,直接转移即可
        if (e.next == null)
            newTab[e.hash & (newCap - 1)] = e;
        // 4.如果对应哈希桶中的元素为树,在树节点类TreeNode中进行转移
        else if (e instanceof TreeNode)
            ((TreeNode<K,V>)e).split(this, newTab, j, oldCap);
        // 5.这段代码看起来挺复杂,下面单独分析
        else { // preserve order
            Node<K,V> loHead = null, loTail = null;
            Node<K,V> hiHead = null, hiTail = null;
            Node<K,V> next;
            do {
                next = e.next;
                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;
            }
        }
    }
}

先分析第5步,新数组由于扩容了两倍,它这里将新数组分为2部分,前半部分为低位(lo)部分,后半部分为高位部分(hi),这里为了作图方便,假设原数组容量为5,那么扩容后就分为高低两部分各5各元素:


扩容后数组分高低区

由于是扩容两倍,原哈希桶中的元素键值再求索引时,要么是低位中的原索引[j],要么是高位中的新索引[j+oldCap],这是取模运算的特性。
这里构建两个链表,低位链表loHead -> loTail,高位链表hiHead -> hiTail

  • 当e.hash & oldCap==0时,表示应存入低区,添加到低位链表中
  • 否则应存入高区,添加到高位链表中

随后将两个链表分别添加的低区和高区对应的哈希桶中。

如果哈希桶中的结构已经为树结构,那么就到树中执行相应的操作,由于笔者目前对红黑树还不是很熟,这里先打个TODO。
对于如何进行树化,以及再树中添加元素,这里也不做分析,先打TODO,只需要知道当超过某个条件时,哈希桶中的结构就会转化为树。这里先说明,什么条件下会进行树化:
回到putVal方法中对应的代码

static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8;

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;
    }
   ...
}

由此可知,当添加元素后个数达到9个的时候,会执行treeifyBin方法进行树化,在跟踪treeifyBin方法看下:

static final int MIN_TREEIFY_CAPACITY = 64;

final void treeifyBin(Node<K,V>[] tab, int hash) {
    int n, index; Node<K,V> e;
    if (tab == null || (n = tab.length) < MIN_TREEIFY_CAPACITY)
        resize();
    else if ((e = tab[index = (n - 1) & hash]) != null) {
        TreeNode<K,V> hd = null, tl = null;
        do {
            TreeNode<K,V> p = replacementTreeNode(e, null);
            if (tl == null)
                hd = p;
            else {
                p.prev = tl;
                tl.next = p;
            }
            tl = p;
        } while ((e = e.next) != null);
        if ((tab[index] = hd) != null)
            hd.treeify(tab);
    }
}

由以上方法可知,当数组为空,或者数组容量不够最小树化的容积时,不会进行树化,而是进行数组初始化或者扩容。
因此,树化需要满足两个条件:

  • 对应哈希桶中的元素达到了9个
  • 数组的容积达到了最小树化的容积64个

4 并发异常

考虑一种并发的场景,当一个线程正在遍历元素,而另一个线程此时刚好要对HashMap进行操作。那么第二个线程的修改,将会影响第一个线程的结果,这不是线程安全的。如一下代码:

public static void main(String[] args) {
    HashMap<Integer, String> hashMap = new HashMap<>();
    new Thread(() -> {
        for (int i = 0; i < 10000; i++) {
            hashMap.put(i, "myId=" + i);
        }
    }).start();
    new Thread(() -> {
        for (Integer key : hashMap.keySet()) {
            System.out.println(hashMap.get(key));
        }
    }).start();
}

运行的时候就会抛出如下异常:


HashMap并发异常

HashMap添加一个成员变量modCount,当执行添加或删除等操作时,只要会改变HashMap中的存储,那么就会++modCount。在遍历的时候,便可以利用该值,我们看keySet在遍历的时候的做法:

public final void forEach(Consumer<? super K> action) {
    Node<K,V>[] tab;
    if (action == null)
        throw new NullPointerException();
    if (size > 0 && (tab = table) != null) {
        int mc = modCount;
        for (int i = 0; i < tab.length; ++i) {
            for (Node<K,V> e = tab[i]; e != null; e = e.next)
                action.accept(e.key);
        }
        if (modCount != mc)
            throw new ConcurrentModificationException();
    }
}

首先,在遍历开始的时候,会讲modCount赋值给局部变量mc。
再遍历完成后,再对比mc和modCount的值,以确定modCount没有在遍历过程中被修改过,如果被修改过,则抛出ConcurrentModificationException异常。

5 总结

在jdk 1.7中,底层数据结构为数组+链表
在jdk 1.8中,底层数据结构为数组+链表,当达到一定条件后,底层数据结构变为数组+链表+红黑树,它优化了当HashMap中某个哈希桶中有大量元素时的查找性能。

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