基于JDK1.8的HashMap源码分析

逃离我推掉我的手 2022-03-12 11:52 239阅读 0赞

参考文章：[https://www.cnblogs.com/leesf456/p/5242233.html][https_www.cnblogs.com_leesf456_p_5242233.html]

1.HashMap结构

![format_png][]

table即为存放元素的数组，桶（bucket）的作用是在key的hash值发生碰撞时将key发生碰撞的元素存入桶中。不难发现1.8的HashMap较之1.7的HashMap做了较大的优化，其中有个比较明显的地方就是在原来桶中的元素不在按照唯一的链表进行存放，而是将链表与红黑树一起使用。

2.成员变量

public class HashMap<K,V> extends AbstractMap<K,V> implements Map<K,V>, Cloneable, Serializable {
        // 序列号
        private static final long serialVersionUID = 362498820763181265L;    
        // 默认的初始容量是16
        static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4;   
        // 最大容量
        static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30; 
        // 默认的填充因子
        static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;
        // 当桶(bucket)上的结点数大于这个值时会转成红黑树
        static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8; 
        // 当桶(bucket)上的结点数小于这个值时树转链表
        static final int UNTREEIFY_THRESHOLD = 6;
        // 桶中结构转化为红黑树对应的table的最小大小
        static final int MIN_TREEIFY_CAPACITY = 64;
        // 存储元素的数组，总是2的幂次倍
        transient Node<k,v>[] table; 
        // 存放具体元素的集
        transient Set<map.entry<k,v>> entrySet;
        // 存放元素的个数，注意这个不等于数组的长度。
        transient int size;
        // 每次扩容和更改map结构的计数器
        transient int modCount;   
        // 临界值 当实际大小(容量*填充因子)超过临界值时，会进行扩容
        int threshold;
        // 负载因子
        final float loadFactor;
    }

3.无参构造函数

在无参构造函数是将其负载因子复制为默认的常数0.75f。

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

4.put函数

我们在调用put函数的时候其实做了两步操作，一步是计算出key的hash值，一步是调用putVal函数将元素存入table中。

public V put(K key, V value) {
            return putVal(hash(key), key, value, false, true);
        }

在计算key的hash值的时候并不是简单的只取其hash值，而是取其hash值与其hash值做高位补0的无符号右移16位之后的异或运算，个人认为在这里做这步操作的原因是为了将高位参与运算从而减少key的hash值发生碰撞。

static final int hash(Object key) {
            int h;
            return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
        }

putVal函数，在将元素存入table中的时候，如果需要存入桶中时需判断桶中的结点是红黑树还是链表。

红黑树：调用putTreeVal函数将元素直接插入红黑树中。

链表：如果元素重复，则替换元素；如果元素不重复将链表中最后一个元素指向新元素，此时如果链表的长度大于8，则通过treeifyBin函数将链表转换为红黑树。

final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,
                       boolean evict) {
        Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, i;
        // table未初始化或者长度为0，进行扩容
        if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
            n = (tab = resize()).length;
        // (n - 1) & hash 确定元素存放在哪个桶中，桶为空，新生成结点放入桶中(此时，这个结点是放在数组中)
        if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
            tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
        // 桶中已经存在元素
        else {
            Node<K,V> e; K k;
            // 比较桶中第一个元素(数组中的结点)的hash值相等，key相等
            if (p.hash == hash &&
                ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                    // 将第一个元素赋值给e，用e来记录
                    e = p;
            // hash值不相等，即key不相等；为红黑树结点
            else if (p instanceof TreeNode)
                // 放入树中
                e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
            // 为链表结点
            else {
                // 在链表最末插入结点
                for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
                    // 到达链表的尾部
                    if ((e = p.next) == null) {
                        // 在尾部插入新结点
                        p.next = newNode(hash, key, value, null);
                        // 结点数量达到阈值，转化为红黑树
                        if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st
                            treeifyBin(tab, hash);
                        // 跳出循环
                        break;
                    }
                    // 判断链表中结点的key值与插入的元素的key值是否相等
                    if (e.hash == hash &&
                        ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                        // 相等，跳出循环
                        break;
                    // 用于遍历桶中的链表，与前面的e = p.next组合，可以遍历链表
                    p = e;
                }
            }
            // 表示在桶中找到key值、hash值与插入元素相等的结点
            if (e != null) { 
                // 记录e的value
                V oldValue = e.value;
                // onlyIfAbsent为false或者旧值为null
                if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
                    //用新值替换旧值
                    e.value = value;
                // 访问后回调
                afterNodeAccess(e);
                // 返回旧值
                return oldValue;
            }
        }
        // 结构性修改
        ++modCount;
        // 实际大小大于阈值则扩容
        if (++size > threshold)
            resize();
        // 插入后回调
        afterNodeInsertion(evict);
        return null;
    }

putVal大致流程图

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzI2NjI0NjYx_size_16_color_FFFFFF_t_70][]

5.resize函数

在putVal的过程中如果原table为空或者元素长度超过了阈值（在这里并不是超过了原长度，而是超过了阈值），会进行HashMap的扩容操作。在其扩容时将长度扩大至原来的2倍，同时其阈值也扩大至原来的2倍。

在resize的过程中会将其中的所有元素进行重新hash，并判断桶中的结点若为树则需要确定其是否需要剪成链表，若为链表则需要通过(e.hash & oldCap) == 0来判断是否需要拆分链表放入到不同的桶中。

final Node<K,V>[] resize() {
        // 当前table保存
        Node<K,V>[] oldTab = table;
        // 保存table大小
        int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length;
        // 保存当前阈值 
        int oldThr = threshold;
        int newCap, newThr = 0;
        // 之前table大小大于0
        if (oldCap > 0) {
            // 之前table大于最大容量
            if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) {
                // 阈值为最大整形
                threshold = Integer.MAX_VALUE;
                return oldTab;
            }
            // 容量翻倍，使用左移，效率更高
            else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY &&
                oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)
                // 阈值翻倍
                newThr = oldThr << 1; // double threshold
        }
        // 之前阈值大于0
        else if (oldThr > 0)
            newCap = oldThr;
        // oldCap = 0并且oldThr = 0，使用缺省值（如使用HashMap()构造函数，之后再插入一个元素会调用resize函数，会进入这一步）
        else {           
            newCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY;
            newThr = (int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY);
        }
        // 新阈值为0
        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"})
        // 初始化table
        Node<K,V>[] newTab = (Node<K,V>[])new Node[newCap];
        table = newTab;
        // 之前的table已经初始化过
        if (oldTab != null) {
            // 复制元素，重新进行hash
            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;
                        // 将同一桶中的元素根据(e.hash & oldCap)是否为0进行分割，分成两个不同的链表，完成rehash
                        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;
    }

resize大致流程为

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzI2NjI0NjYx_size_16_color_FFFFFF_t_70 1][]

6.get函数

我们在调用get函数的时候内部其实是通过getNode函数来获取元素的，在寻找元素的时候，如果第一个元素就符合查找条件则直接返回，若元素在桶中的红黑树节点则通过getTreeNode来找到元素，若为链表结点则遍历链表找到该元素。

public V get(Object key) {
            Node<K,V> e;
            return (e = getNode(hash(key), key)) == null ? null : e.value;
        }

final Node<K,V> getNode(int hash, Object key) {
        Node<K,V>[] tab; Node<K,V> first, e; int n; K k;
        // table已经初始化，长度大于0，根据hash寻找table中的项也不为空
        if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 &&
            (first = tab[(n - 1) & hash]) != null) {
            // 桶中第一项(数组元素)相等
            if (first.hash == hash && // always check first node
                ((k = first.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                return first;
            // 桶中不止一个结点
            if ((e = first.next) != null) {
                // 为红黑树结点
                if (first instanceof TreeNode)
                    // 在红黑树中查找
                    return ((TreeNode<K,V>)first).getTreeNode(hash, key);
                // 否则，在链表中查找
                do {
                    if (e.hash == hash &&
                        ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                        return e;
                } while ((e = e.next) != null);
            }
        }
        return null;
    }

[https_www.cnblogs.com_leesf456_p_5242233.html]: https://www.cnblogs.com/leesf456/p/5242233.html
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