**HashMap 发出的 Warning**：这是《Java 程序员进阶之路》专栏的第 56 篇。那天，小二垂头丧气地跑来给我诉苦，“老王，有个学弟小默问我‘ HashMap 的扩容机制’，我愣是支支吾吾讲了半天，没给他讲明白，讲到最后我内心都是崩溃的，差点哭出声！” 我安慰了小二好一会，他激动的情绪才稳定下来。我给他说，HashMap 的扩容机制本来就很难理解，尤其是 JDK8 新增了红黑树之后。先基于 JDK7 讲，再把红黑树那块加上去就会容易理解很多。 小二这才恍然大悟，佩服地点了点头。 **HashMap 发出的呼声**：有 GitHub 账号的小伙伴记得去安排一波 star 呀，《Java 程序员进阶之路》开源教程目前在 GitHub 上有 244 个 star 了，准备冲 1000 了，求求各位了。 >GitHub 地址：https://github.com/itwanger/toBeBetterJavaer >在线阅读地址：https://itwanger.gitee.io/tobebetterjavaer ------- 大家都知道，数组一旦初始化后大小就无法改变了，所以就有了 [ArrayList](https://mp.weixin.qq.com/s/7puyi1PSbkFEIAz5zbNKxA)这种“动态数组”，可以自动扩容。 HashMap 的底层用的也是数组。向 HashMap 里不停地添加元素，当数组无法装载更多元素时，就需要对数组进行扩容，以便装入更多的元素。 当然了，数组是无法自动扩容的，所以如果要扩容的话，就需要新建一个大的数组，然后把小数组的元素复制过去。 HashMap 的扩容是通过 resize 方法来实现的，JDK 8 中融入了红黑树，比较复杂，为了便于理解，就还使用 JDK 7 的源码，搞清楚了 JDK 7 的，我们后面再详细说明 JDK 8 和 JDK 7 之间的区别。 resize 方法的源码： ```java // newCapacity为新的容量 void resize(int newCapacity) { // 小数组，临时过度下 Entry[] oldTable = table; // 扩容前的容量 int oldCapacity = oldTable.length; // MAXIMUM_CAPACITY 为最大容量，2 的 30 次方 = 1<<30 if (oldCapacity == MAXIMUM_CAPACITY) { // 容量调整为 Integer 的最大值 0x7fffffff（十六进制）=2 的 31 次方-1 threshold = Integer.MAX_VALUE; return; } // 初始化一个新的数组（大容量） Entry[] newTable = new Entry[newCapacity]; // 把小数组的元素转移到大数组中 transfer(newTable, initHashSeedAsNeeded(newCapacity)); // 引用新的大数组 table = newTable; // 重新计算阈值 threshold = (int)Math.min(newCapacity * loadFactor, MAXIMUM_CAPACITY + 1); } ``` 代码注释里出现了左移（`<<`），这里简单介绍一下： ``` a=39 b = a << 2 ``` 十进制 39 用 8 位的二进制来表示，就是 00100111，左移两位后是 10011100（低位用 0 补上），再转成十进制数就是 156。 移位运算通常可以用来代替乘法运算和除法运算。例如，将 0010011（39）左移两位就是 10011100（156），刚好变成了原来的 4 倍。 实际上呢，二进制数左移后会变成原来的 2 倍、4 倍、8 倍。 transfer 方法用来转移，将小数组的元素拷贝到新的数组中。 ```java void transfer(Entry[] newTable, boolean rehash) { // 新的容量 int newCapacity = newTable.length; // 遍历小数组 for (Entry e : table) { while(null != e) { // 拉链法，相同 key 上的不同值 Entry next = e.next; // 是否需要重新计算 hash if (rehash) { e.hash = null == e.key ? 0 : hash(e.key); } // 根据大数组的容量，和键的 hash 计算元素在数组中的下标 int i = indexFor(e.hash, newCapacity); // 同一位置上的新元素被放在链表的头部 e.next = newTable[i]; // 放在新的数组上 newTable[i] = e; // 链表上的下一个元素 e = next; } } } ``` `e.next = newTable[i]`，也就是使用了单链表的头插入方式，同一位置上新元素总会被放在链表的头部位置；这样先放在一个索引上的元素终会被放到链表的尾部（如果发生了hash冲突的话），这一点和 JDK 8 有区别。 **在旧数组中同一个链表上的元素，通过重新计算索引位置后，有可能被放到了新数组的不同位置上**（仔细看下面的内容，会解释清楚这一点）。 假设 hash 算法（[之前的章节有讲到](https://mp.weixin.qq.com/s/aS2dg4Dj1Efwujmv-6YTBg)，点击链接再温故一下）就是简单的用键的哈希值（一个 int 值）和数组大小取模（也就是 hashCode % table.length）。 继续假设： - 数组 table 的长度为 2 - 键的哈希值为 3、7、5 取模运算后，哈希冲突都到 table[1] 上了，因为余数为 1。那么扩容前的样子如下图所示。 ![](https://cdn.jsdelivr.net/gh/itwanger/toBeBetterJavaer/images/collection/hashmap-resize-01.png) 小数组的容量为 2， key 3、7、5 都在 table[1] 的链表上。 假设负载因子 loadFactor 为 1，也就是当元素的实际大小大于 table 的实际大小时进行扩容。 扩容后的大数组的容量为 4。 - key 3 取模（3%4）后是 3，放在 table[3] 上。 - key 7 取模（7%4）后是 3，放在 table[3] 上的链表头部。 - key 5 取模（5%4）后是 1，放在 table[1] 上。 ![](https://cdn.jsdelivr.net/gh/itwanger/toBeBetterJavaer/images/collection/hashmap-resize-02.png) 按照我们的预期，扩容后的 7 仍然应该在 3 这条链表的后面，但实际上呢？ 7 跑到 3 这条链表的头部了。针对 JDK 7 中的这个情况，JDK 8 做了哪些优化呢？ 看下面这张图。 ![](https://cdn.jsdelivr.net/gh/itwanger/toBeBetterJavaer/images/collection/hashmap-resize-03.png) n 为 table 的长度，默认值为 16。 - n-1 也就是二进制的 0000 1111（1X$2^0$+1X$2^1$+1X$2^2$+1X$2^3$=1+2+4+8=15）； - key1 哈希值的最后 8 位为 0000 0101 - key2 哈希值的最后 8 位为 0001 0101（和 key1 不同） - 做与运算后发生了哈希冲突，索引都在（0000 0101）上。 扩容后为 32。 - n-1 也就是二进制的 0001 1111（1X$2^0$+1X$2^1$+1X$2^2$+1X$2^3$+1X$2^4$=1+2+4+8+16=31），扩容前是 0000 1111。 - key1 哈希值的低位为 0000 0101 - key2 哈希值的低位为 0001 0101（和 key1 不同） - key1 做与运算后，索引为 0000 0101。 - key2 做与运算后，索引为 0001 0101。 新的索引就会发生这样的变化： - 原来的索引是 5（*0* 0101） - 原来的容量是 16 - 扩容后的容量是 32 - 扩容后的索引是 21（*1* 0101），也就是 5+16，也就是原来的索引+原来的容量 ![](https://cdn.jsdelivr.net/gh/itwanger/toBeBetterJavaer/images/collection/hashmap-resize-04.png) 也就是说，JDK 8 不需要像 JDK 7 那样重新计算 hash，只需要看原来的hash值新增的那个bit是1还是0就好了，是0的话就表示索引没变，是1的话，索引就变成了“原索引+原来的容量”。 ![](https://cdn.jsdelivr.net/gh/itwanger/toBeBetterJavaer/images/collection/hashmap-resize-05.png) JDK 8 的这个设计非常巧妙，既省去了重新计算hash的时间，同时，由于新增的1 bit是0还是1是随机的，因此扩容的过程，可以均匀地把之前的节点分散到新的位置上。 woc，只能说 HashMap 的作者 Doug Lea、Josh Bloch、Arthur van Hoff、Neal Gafter 真的强——的一笔。 JDK 8 扩容的源代码： ```java final Node[] resize() { Node[] oldTab = table; int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length; int oldThr = threshold; int newCap, newThr = 0; if (oldCap > 0) { // 超过最大值就不再扩充了，就只好随你碰撞去吧 if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) { threshold = Integer.MAX_VALUE; return oldTab; } // 没超过最大值，就扩充为原来的2倍 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); } // 计算新的resize上限 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[] newTab = (Node[])new Node[newCap]; table = newTab; if (oldTab != null) { // 小数组复制到大数组 for (int j = 0; j < oldCap; ++j) { Node 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)e).split(this, newTab, j, oldCap); else { // preserve order // 链表优化重 hash 的代码块 Node loHead = null, loTail = null; Node hiHead = null, hiTail = null; Node 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); // 原来的索引 if (loTail != null) { loTail.next = null; newTab[j] = loHead; } // 索引+原来的容量 if (hiTail != null) { hiTail.next = null; newTab[j + oldCap] = hiHead; } } } } } return newTab; } ``` >参考链接：https://zhuanlan.zhihu.com/p/21673805