Java基础之（四）HashMap（jdk10）
2024-09-21 00:52:26
jdk1.7中，当冲突时，在冲突的地址上生成一个链表，将冲突的元素的key，通过equals进行比较，相同即覆盖，不同则添加到链表上，此时如果链表过长，效率就会大大降低，查找和添加操作的时间复杂度都为O(n)；但是在jdk1.8中如果链表长度大于8，链表就会转化为 红黑树，时间复杂度也降为了O(logn)，性能得到了很大的优化。
当红黑数节点小于等于6会重新转换为链表。
1.7中采用数组+链表，1.8采用的是数组+链表/红黑树，即在1.8中链表长度超过一定长度后就改成红黑树存储。
1.7扩容时需要重新计算哈希值和索引位置，1.8并不重新计算哈希值，巧妙地采用和扩容后容量进行&操作来计算新的索引位置。
1.7是采用表头插入法插入链表，1.8采用的是尾部插入法。
在1.7中采用表头插入法，在扩容时会改变链表中元素原本的顺序，以至于在并发场景下导致链表成环的问题；在1.8中采用尾部插入法，在扩容时会保持链表元素原本的顺序，就不会出现链表成环的问题了。
代码分析：
/**
* 默认初始容量为16，0000 0001 右移4位 0001 0000为16，主干数组的初始容量为16，而且这个数组
*必须是2的倍数(后面说为什么是2的倍数)
*/
static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; // aka 16 /**
* 最大容量为2的30次方
*/
static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30; /**
* 默认加载因子为0.75
*/
static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f; /**
* 阈值，如果主干数组上的链表的长度大于8，链表转化为红黑树
*/
static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8; /**
* hash表扩容后，如果发现某一个红黑树的长度小于6，则会重新退化为链表
*/
static final int UNTREEIFY_THRESHOLD = 6; /**
* 当hashmap容量大于64时，链表才能转成红黑树
*/
static final int MIN_TREEIFY_CAPACITY = 64;
/**
* 临界值=主干数组容量*负载因子 DEFAULT_INITIAL_CAPACITY *DEFAULT_LOAD_FACTOR
*/
int threshold;
HashMap构造方法：
//initialCapacity为初始容量，loadFactor为负载因子
public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {
//初始容量小于0，抛出非法数据异常
if (initialCapacity < 0)
throw new IllegalArgumentException("Illegal initial capacity: " +
initialCapacity);
//初始容量最大为MAXIMUM_CAPACITY
if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY)
initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY;
//校验 loadFactor 合法性
if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor))
throw new IllegalArgumentException("Illegal load factor: " +
loadFactor);
this.loadFactor = loadFactor;
//将初始容量转成2次幂
this.threshold = tableSizeFor(initialCapacity);
}
//tableSizeFor的作用就是，如果传入A，当A大于0，小于定义的最大容量时，
// 如果A是2次幂则返回A，否则将A转化为一个比A大且差距最小的2次幂。
//例如传入7返回8，传入8返回8，传入9返回16
static final int tableSizeFor(int cap) {
int n = cap - 1;
n |= n >>> 1;
n |= n >>> 2;
n |= n >>> 4;
n |= n >>> 8;
n |= n >>> 16;
return (n < 0) ? 1 : (n >= MAXIMUM_CAPACITY) ? MAXIMUM_CAPACITY : n + 1;
}
//默认构造方法，负载因子为0.75，初始容量为DEFAULT_INITIAL_CAPACITY=16，初始 容量在第一次put时才会初始化
public HashMap() {
this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR; // all other fields defaulted
}
put方法：
static final int hash(Object key) {
int h;
return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
}
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;
//如果主干上的table为空，长度为0，调用resize方法，调整table的长度（
if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
/* 这里调用resize，其实就是第一次put时，对数组进行初始化。*/
n = (tab = resize()).length;
//存入的key 不存在 ,存入新增的key
if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
else {
Node<K,V> e; K k;
//key存在
if (p.hash == hash &&((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
e = p;
//判断p是否是 红黑树节点
else if (p instanceof TreeNode)
e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
else {//p与新节点既不完全相同，p也不是treenode的实例
for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
if ((e = p.next) == null) {
p.next = newNode(hash, key, value, null);
//如果链表长度大于等于8
if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st
//将链表转为红黑树
treeifyBin(tab, hash);
break;
}
if (e.hash == hash &&((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
break;
p = e;
}
}
if (e != null) { // existing mapping for key //如果添加的元素产生了hash冲突，那么调用//put方法时，会将他在链表中他的上一个元素的值返回 V oldValue = e.value;
if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
e.value = value;
afterNodeAccess(e);
return oldValue;
}
}
++modCount;
//如果元素数量大于临界值，则进行扩容
if (++size > threshold)
resize();
afterNodeInsertion(evict);
return null;
}
转化为红黑树：
final void treeifyBin(Node<K,V>[] tab, int hash) {
int n, index; Node<K,V> e;
// 数组长度小于64则，再次扩容 不转换为红黑树
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 { //转化为红黑树
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);
}
}
resize的源码详解，扩容机制，单元素如何散列到新的数组中，链表中的元素如何散列到新的数组中，红黑树中的元素如何散列到新的数组中？
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) { //扩容执行分支
if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) { //当容量超过最大值时，临界值设置为int最大值
threshold = Integer.MAX_VALUE;
return oldTab;
}
else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY &&oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY) //扩容容量为2倍，临界值为2倍
newThr = oldThr << 1;
}
else if (oldThr > 0)
newCap = oldThr;
else {
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; //将新的临界值赋值赋值给threshold
Node<K,V>[] newTab = (Node<K,V>[])new Node[newCap];
table = newTab; //新的数组赋值给table
//扩容后，重新计算元素新的位置
if (oldTab != null) { //原数组
for (int j = 0; j < oldCap; ++j) { //通过原容量遍历原数组
Node<K,V> e;
if ((e = oldTab[j]) != null) { //判断node是否为空，将j位置上的节点
oldTab[j] = null;
if (e.next == null) //判断node上是否有链表
newTab[e.hash & (newCap - 1)] = e; //无链表，确定元素存放位置，
else if (e instanceof TreeNode) //是否是树型结构
((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);//存放在链表末尾
if (loTail != null) {
loTail.next = null; //尾节点的next设置为空
newTab[j] = loHead;
}
if (hiTail != null) {
hiTail.next = null; //尾节点的next设置为空
newTab[j + oldCap] = hiHead;
}
}
}
}
}
return newTab;
}
//红黑树
final void split(HashMap<K,V> map, Node<K,V>[] tab, int index, int bit) {
TreeNode<K,V> b = this;
// Relink into lo and hi lists, preserving order
TreeNode<K,V> loHead = null, loTail = null;
TreeNode<K,V> hiHead = null, hiTail = null;
int lc = 0, hc = 0;
for (TreeNode<K,V> e = b, next; e != null; e = next) {
next = (TreeNode<K,V>)e.next;
e.next = null;
if ((e.hash & bit) == 0) {
if ((e.prev = loTail) == null)
loHead = e;
else
loTail.next = e;
loTail = e;
++lc;
}
else {
if ((e.prev = hiTail) == null)
hiHead = e;
else
hiTail.next = e;
hiTail = e;
++hc;
}
} if (loHead != null) {
//小于6 转化为 链表
if (lc <= UNTREEIFY_THRESHOLD)
tab[index] = loHead.untreeify(map);
else {
tab[index] = loHead;
if (hiHead != null) // (else is already treeified)
loHead.treeify(tab);
}
}
if (hiHead != null) {
if (hc <= UNTREEIFY_THRESHOLD)
tab[index + bit] = hiHead.untreeify(map);
else {
tab[index + bit] = hiHead;
if (loHead != null)
hiHead.treeify(tab);
}
}
}
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