HashMap的扩容

男娘i 2021-11-04 11:12 389阅读 0赞

之前也研究过HashMap的源码，但是对扩容这块没有做过深入的研究。这几天，抽时间看了一下HashMap的resize的源码  
文章将从下面几个方面对resize方法进行解析  
1 .何时resize  
2 .resize的具体过程

先来说何时resize  
通过put的源码得知：

final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,
                       boolean evict) {
                 //场景1
    if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
                n = (tab = resize()).length;
                ................
                ................
                //场景2
     if (++size > threshold)
                resize();           
    }

由此可以看出，HashMap扩容的时机有两个。  
第一个是：  
首次向HashMap中添加元素，此时会借助resize方法对HashMap进行初始化。  
第二个是：  
当HashMap的容量超过扩容临界值时。  
扩容临界值=HashMap的容量\*加载因子

加载因子的默认值是0.75，使用0.75的原因是：使用统计学分析得知，使用该值，可以最大程度的避免Hash冲突；

接下来，我们一行一行的解析源码，深入剖析HashMap的扩容过程  
resize方法就是HashMap的扩容方法，该方法返回扩容好的新数组

final Node<K,V>[] resize() {
    //将当前HashMap的Node数组赋值给引用 oldTab
            Node<K,V>[] oldTab = table;
            //初始化oldCap变量，代表旧数组容量。如果旧数组等于空，oldCap等于0，否则oldCap等于旧数组的长度
            int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length;
            //初始化oldThr变量，等于当前HashMap的扩容临界值
            int oldThr = threshold;
            //初始化newCap和newThr变量，分别代指新数组的容量和新的扩容临界值
            int newCap, newThr = 0;
            //如果旧数组容量大于0，说明旧数组中有值
            if (oldCap > 0) {
            //如果旧数组容量大于int类型最大值
                if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) {
                //扩容临界值等于int类型最大值
                    threshold = Integer.MAX_VALUE;
                    //直接返回旧数组
                    return oldTab;
                }
                //正常情况下，扩容临界值扩大为原来的2倍
                else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY &&
                         oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)
                    newThr = oldThr << 1; // double threshold
            }
            //进行到这一步，说明HashMap是首次初始化，并且指定了初始化容量
            else if (oldThr > 0) // initial capacity was placed in threshold
            //数组容量等于当前扩容临界值
            //假如我们设置了初始化容量，比如：10。则oldThr的值，HashMap会在构造器中将HashMap的容量变为最近的2的次幂
            //10的最近次幂是16。
                newCap = oldThr;
            else {               // zero initial threshold signifies using defaults
               //如果使用空构造函数初始化，则新数组的容量使用默认值16，扩容临界值是16*0.75=12
                newCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY;
                newThr = (int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY);
            }
            //如果是新初始化HashMap，此处初始化扩容临界值
            if (newThr == 0) {
                float ft = (float)newCap * loadFactor;
                newThr = (newCap < MAXIMUM_CAPACITY && ft < (float)MAXIMUM_CAPACITY ?
                          (int)ft : Integer.MAX_VALUE);
            }
            //扩容临界值等于新的扩容临界值
            threshold = newThr;
            @SuppressWarnings({"rawtypes","unchecked"})
            //初始化一个数组，元素为:Node，初始化大小为：新的数组容量
                Node<K,V>[] newTab = (Node<K,V>[])new Node[newCap];
            //将新的数组赋值为当前数组引用
            table = newTab;
            //判断旧数组是否为空，旧数组不为空，说明是场景2的扩容
            if (oldTab != null) {
                for (int j = 0; j < oldCap; ++j) {
                    Node<K,V> e;
                    if ((e = oldTab[j]) != null) {
                    //旧数组置为null，明示jvm垃圾回收
                        oldTab[j] = null;
                        //如果当前节点没有链表，说明当前节点就1个元素。根据hash算法找到元素在新数组      	中的下标位置，将元素复制到新数组的该位置
                        if (e.next == null)
                            newTab[e.hash & (newCap - 1)] = e;
                        else if (e instanceof TreeNode)
                        //如果当前节点是红黑树，将该节点分裂为红黑数
                            ((TreeNode<K,V>)e).split(this, newTab, j, oldCap);
                        else { // preserve order
                        //走到这一步，说明当前节点是链表结构
                        //loHead和loTail指的是低位的头节点和尾节点
                        //hiHead和hiTail指的是高位的头节点和尾节点
                        //由此可看出，扩容时，HashMap将原来的链表拆解为两条链表，一条在原位置不动，另外一条移动到高位存储
                            Node<K,V> loHead = null, loTail = null;
                            Node<K,V> hiHead = null, hiTail = null;
                            Node<K,V> next;
                            do {
                            //获取链表节点指向的下一个节点
                                next = e.next;
                                //此步判断当前遍历节点在新数组中的下标是否需要变化。如果按位与的结果是0，说明不需要变化。否则需要变化。该步判断，下面会专门进行解释。注释1
                                if ((e.hash & oldCap) == 0) {
                                //如果低位尾节点等于空，说明链表上还没有元素
                                    if (loTail == null)
                                    //将该元素赋值给头部引用
                                        loHead = e;
                                    else
                                    //否则尾节点引用不为空。说明已经形成了链表。此时，将当前尾节点的下一个元素指向当前节点。为了继续进行遍历操作
                                        loTail.next = e;
                                        //尾结点指向当前新加的元素
                                    loTail = e;
                                }
                                //如果e.hash & oldCap的结果不为0。将元素挂载到高位链表上。
                                else {
                                    if (hiTail == null)
                                        hiHead = e;
                                    else
                                        hiTail.next = e;
                                    hiTail = e;
                                }
                            } while ((e = next) != null);
                            if (loTail != null) {
                            //如果低位尾节点不为空。将loTail.next指向空
                                loTail.next = null;
                                //将整个链表赋值给j索引
                                newTab[j] = loHead;
                            }
                            if (hiTail != null) {
                            //如果高位尾结点不为空。将hiTail.next指向空
                                hiTail.next = null;
                                //将当前链表挂载到：当前索引+旧数组容量的下标处   注释2
                                newTab[j + oldCap] = hiHead;
                            }
                        }
                    }
                }
            }
            return newTab;
        }

注释1的解释：  
e.hash & oldCap的判断。这个判断可是让我一顿费解，各种查资料。最后再加上自己DEBUG。终于知道啥意思了。  
oldCap，我们知道是旧数组的容量，此值一定是2的次幂的一个值。  
e.hash是节点的hash值。  
我们举个例子：  
假设我要存储的key使用hash算法，对应的hash值为下值：  
00000000000000000000001111000011  
oldCap的值为16，对应的hash值为下值：  
0000000000000000000000000010000  
此时，e.hash & oldCap的值为：0。代表该节点在新数组的下标和旧数组一致。  
我们验证一下，key为963的节点在新数组的下标位置和旧数组的下标位置是不是一致：

计算元素在旧数组中的下标位置为：  
e.hash & (table.length - 1)  
e.hash  
00000000000000000000001111000011  
table.length - 1:  
15。  
对应的二进制数为：  
00000000000000000000000000001111  
所以:  
e.hash & table.length -1 的结果为：  
00000000000000000000000000000011  
换算成十进制是：3  
所以元素在旧数组中的下标位置为：3

然后我们计算元素在新数组中的下标位置为：  
新数组的容量为旧数组的容量*2，也就是16*2=32。  
所以我们计算e.hash & (32-1)的结果  
e.hash对应的二进制数为：  
00000000000000000000001111000011  
32-1对应的二进制数为：  
00000000000000000000000000011111  
结果为：  
3。  
所以，这个节点在新数组的下标位置不变，还是3

下面我们再计算一个下标位置变化的  
比如：hash值为下数：  
0000000000000000000000000010010  
旧数组容量对应的二进制数为：  
0000000000000000000000000001111  
计算后的下标为：  
2  
使用hash值 & 新数组容量 - 1  
0000000000000000000000000010010  
新数组容量对应的二进制数为：  
0000000000000000000000000011111  
计算后的下标为：  
0000000000000000000000000010010  
结果为：  
18  
可以看出下标位置发生了变化  
e.hash & oldCap的结果为：  
16，也就是旧数组的容量  
该计算结果也正好解释了注释2。  
以上就是：  
jdk1.8的扩容源码分析