1. 摘要
在集合系列的第一章，咱们了解到，Map 的实现类有 HashMap、LinkedHashMap、TreeMap、IdentityHashMap、WeakHashMap、Hashtable、Properties 等等。
应该有很多人不知道 IdentityHashMap 的存在，其中不乏工作很多年的 Java 开发者，本文主要从数据结构和算法层面，探讨 IdentityHashMap 的实现。
2. 简介
IdentityHashMap 的数据结构很简单，底层实际就是一个 Object 数组，但是在存储上并没有使用链表来存储，而是将 K 和 V 都存放在 Object 数组上。
当添加元素的时候，会根据 Key 计算得到散列位置，如果发现该位置上已经有改元素，直接进行新值替换；如果没有，直接进行存放。当元素个数达到一定阈值时，Object 数组会自动进行扩容处理。
打开 IdentityHashMap 的源码，可以看到 IdentityHashMap 继承了 AbstractMap 抽象类，实现了 Map 接口、可序列化接口、可克隆接口。
public class IdentityHashMap<K,V> extends AbstractMap<K,V> implements Map<K,V>, java.io.Serializable, Cloneable { /**默认容量大小*/ private static final int DEFAULT_CAPACITY = 32; /**最小容量*/ private static final int MINIMUM_CAPACITY = 4; /**最大容量*/ private static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 29; /**用于存储实际元素的表*/ transient Object[] table; /**数组大小*/ int size; /**对Map进行结构性修改的次数*/ transient int modCount; /**key为null所对应的值*/ static final Object NULL_KEY = new Object(); ...... }
可以看到类的底层，使用了一个 Object 数组来存放元素；在对象初始化时，IdentityHashMap 容量大小为64；
public IdentityHashMap() { //调用初始化方法 init(DEFAULT_CAPACITY); }
private void init(int initCapacity) { //数组大小默认为初始化容量的2倍 table = new Object[2 * initCapacity]; }
3. 常用方法介绍
put方法
put 方法是将指定的 key, value 对添加到 map 里。该方法首先会对map做一次查找，通过==判断是否存在key，如果有，则将旧value返回，将新value覆盖旧value；如果没有，直接插入，数组长度+1，返回null。
源码如下：
public V put(K key, V value) { //判断key是否为空，如果为空，初始化一个Object为key final Object k = maskNull(key); retryAfterResize: for (;;) { final Object[] tab = table; final int len = tab.length; //通过key、length获取数组小编 int i = hash(k, len); //循环遍历是否存在指定的key for (Object item; (item = tab[i]) != null; i = nextKeyIndex(i, len)) { //通过==判断，是否数组中是否存在key if (item == k) { V oldValue = (V) tab[i + 1]; //新value覆盖旧value tab[i + 1] = value; //返回旧value return oldValue; } } //数组长度 +1 final int s = size + 1; //判断是否需要扩容 if (s + (s << 1) > len && resize(len)) continue retryAfterResize; //更新修改次数 modCount++; //将k加入数组 tab[i] = k; //将value加入数组 tab[i + 1] = value; size = s; return null; } }
maskNull 函数，判断 key 是否为空
private static Object maskNull(Object key) { return (key == null ? NULL_KEY : key); }
hash 函数，通过 key 获取 hash 值，结合数组长度通过位运算获取数组散列下标
private static int hash(Object x, int length) { int h = System.identityHashCode(x); // Multiply by -127, and left-shift to use least bit as part of hash return ((h << 1) - (h << 8)) & (length - 1); }
nextKeyIndex 函数，通过 hash 函数计算得到的数组散列下标，进行加2；因为一个 key、value 都存放在数组中，所以一个 map 对象占用两个数组下标，所以加2。
private static int nextKeyIndex(int i, int len) { return (i + 2 < len ? i + 2 : 0); }
resize 函数，通过数组长度，进行扩容处理，扩容之后的长度为当前长度的2倍
private boolean resize(int newCapacity) { //扩容后的数组长度，为当前数组长度的2倍 int newLength = newCapacity * 2; Object[] oldTable = table; int oldLength = oldTable.length; if (oldLength == 2 * MAXIMUM_CAPACITY) { // can't expand any further if (size == MAXIMUM_CAPACITY - 1) throw new IllegalStateException("Capacity exhausted."); return false; } if (oldLength >= newLength) return false; Object[] newTable = new Object[newLength]; //将旧数组内容转移到新数组 for (int j = 0; j < oldLength; j += 2) { Object key = oldTable[j]; if (key != null) { Object value = oldTable[j+1]; oldTable[j] = null; oldTable[j+1] = null; int i = hash(key, newLength); while (newTable[i] != null) i = nextKeyIndex(i, newLength); newTable[i] = key; newTable[i + 1] = value; } } table = newTable; return true; }
get方法
get 方法根据指定的 key 值返回对应的 value。同样的，该方法会循环遍历数组，通过==判断是否存在key，如果有，直接返回value，因为 key、value 是相邻的存储在数组中，所以直接在当前数组下标+1，即可获取 value；如果没有找到，直接返回null。
值得注意的地方是，在循环遍历中，是通过==判断当前元素是否与key相同，如果相同，则返回value。咱们都知道，在 java 中，==对于对象类型参数，判断的是引用地址，确切的说，是堆内存地址，所以，这里判断的是key的引用地址是否相同，如果相同，则返回对应的 value；如果不相同，则返回null。
源码如下：
public V get(Object key) { Object k = maskNull(key); Object[] tab = table; int len = tab.length; int i = hash(k, len); //循环遍历数组，直到找到key或者，数组为空为值 while (true) { Object item = tab[i]; //通过==判断，当前数组元素与key相同 if (item == k) return (V) tab[i + 1]; //数组为空 if (item == null) return null; i = nextKeyIndex(i, len); } }
remove方法
remove 的作用是通过 key 删除对应的元素。该方法会循环遍历数组，通过==判断是否存在key，如果有，直接将key、value设置为null，对数组进行重新排列，返回旧 value。
源码如下：
public V remove(Object key) { Object k = maskNull(key); Object[] tab = table; int len = tab.length; int i = hash(k, len); while (true) { Object item = tab[i]; if (item == k) { modCount++; //数组长度减1 size--; V oldValue = (V) tab[i + 1]; //将key、value设置为null tab[i + 1] = null; tab[i] = null; //删除该元素后，需要把原来有冲突往后移的元素移到前面来 closeDeletion(i); return oldValue; } if (item == null) return null; i = nextKeyIndex(i, len); } }
closeDeletion 函数，删除该元素后，需要把原来有冲突往后移的元素移到前面来，对数组进行重写排列；
private void closeDeletion(int d) { // Adapted from Knuth Section 6.4 Algorithm R Object[] tab = table; int len = tab.length; Object item; for (int i = nextKeyIndex(d, len); (item = tab[i]) != null; i = nextKeyIndex(i, len) ) { int r = hash(item, len); if ((i < r && (r <= d || d <= i)) || (r <= d && d <= i)) { tab[d] = item; tab[d + 1] = tab[i + 1]; tab[i] = null; tab[i + 1] = null; d = i; } } }
4. 总结
IdentityHashMap的实现不同于HashMap，虽然也是数组，不过IdentityHashMap中没有用到链表，解决冲突的方式是计算下一个有效索引，并且将数据key和value紧挨着存在map中，即table[i]=key、table[i+1]=value；IdentityHashMap允许key、value都为null，当key为null的时候，默认会初始化一个Object对象作为key；IdentityHashMap在保存、删除、查询数据的时候，以key为索引，通过==来判断数组中元素是否与key相同，本质判断的是对象的引用地址，如果引用地址相同，那么在插入的时候，会将value值进行替换；
IdentityHashMap 测试例子：
public static void main(String[] args) { Map<String, String> identityMaps = new IdentityHashMap<String, String>(); identityMaps.put(new String("aa"), "aa"); identityMaps.put(new String("aa"), "bb"); identityMaps.put(new String("aa"), "cc"); identityMaps.put(new String("aa"), "cc"); //输出添加的元素 System.out.println("数组长度："+identityMaps.size() + "，输出结果：" + identityMaps); }
输出结果：
数组长度：4，输出结果：{aa=aa, aa=cc, aa=bb, aa=cc}
尽管key的内容是一样的，但是key的堆地址都不一样，所以在插入的时候，插入了4条记录。
