HashMap原理及源码分析

- 日理万妓 2022-05-09 05:28 259阅读 0赞

1. HashMap原理  
2. HashMap源码分析  
3. HashMap在java8中的改变

#### hashmap原理 ####

HashMap简单来说就是一个散列表，存储着key-value键值对

HashMap的存储结构是一个数组加链表的结构，在java8之后链表在长度超过TREEIFY\_THRESHOLD树化阈值且map中的元素数量超过了MIN\_TREEIFY\_CAPACITY最小树化容量，则会转化成红黑树的结构

HashMap通过hash算法使在不考虑hash冲突的情况下查找方法的时间复杂度为O(1)  
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#### hashmap源码分析 ####

1.  hashmap的初始化  
    hashmap的初始默认容量是16，如果超过阈值则会扩容，在扩容的时候要重新计算hash值将其放入新的hashmap中，因此扩容操作是一个相当耗时的操作，我们在使用的时候应该根据实际需要指定初始容量，尽可能避免扩容

…

/** * 指定初始容量的构造函数 */ public HashMap(int initialCapacity) { this(initialCapacity, DEFAULT_LOAD_FACTOR); } /** * 无参构造函数的初始负载因子是0.75，默认容量是16 */ public HashMap() { this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR; // all other fields defaulted }

1.  put方法

hashmap在初始化的时候并不会去初始化数组，只有在put第一个元素的时候才会去初始化数组

put的流程  
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put源码解析

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;
        //判断table是否为空，table为空则进行初始化
        if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
            n = (tab = resize()).length;
        //判断索引位置有无元素，如果没有则创建node对象，存入该元素
        if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
            tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
        else {
            Node<K,V> e; K k;
            //如果该位置存在元素，且key值相同，则替换值
            if (p.hash == hash &&
                    ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                e = p;
            else if (p instanceof TreeNode)//hash值一样，但是key不同，且链表为红黑树结构，则往树中加入该元素
                e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
            else {
                for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
                    if ((e = p.next) == null) {
                        //链表最后都没有key相同的元素，则在链表的最后加入该元素
                        p.next = newNode(hash, key, value, null);
                        //如果超过树化阈值，则将链表树化
                        if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st
                            treeifyBin(tab, hash);
                        break;
                    }
    
                    //如果链表中有key相同的元素，则退出循环
                    if (e.hash == hash &&
                            ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                        break;
                    p = e;
                }
            }
            //e不为空则个e赋值
            if (e != null) { // existing mapping for key
                V oldValue = e.value;
                if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
                    e.value = value;
                afterNodeAccess(e);
                return oldValue;
            }
        }
        ++modCount;
        //如果元素个数大于阈值，则扩容
        if (++size > threshold)
            resize();
        afterNodeInsertion(evict);
        return null;
    }

1.  get方法

get流程图  
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get源码解析

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;
        // 判断table是否为空，table在该节点位置是否为空
        if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 &&
                (first = tab[(n - 1) & hash]) != null) {
            // 判断该位置的第一个元素的key值是否和get的key值相等
            if (first.hash == hash && // always check first node
                    ((k = first.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                return first;
            // 判断是否有下一个节点
            if ((e = first.next) != null) {
                // 如果是树结构就在树种查找该节点
                if (first instanceof TreeNode)
                    return ((TreeNode<K,V>)first).getTreeNode(hash, key);
                // 在链表中查找该节点
                do {
                    if (e.hash == hash &&
                            ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                        return e;
                } while ((e = e.next) != null);
            }
        }
        return null;
    }

1.  resize

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) { //数组不为空
            if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) {//超过了最大容量
                threshold = Integer.MAX_VALUE;
                return oldTab;
            }
            else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY &&
                    oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)
                newThr = oldThr << 1; // 容量扩大两倍
        }
        else if (oldThr > 0) // 如果数组为空，指定了新增阈值-->带参初始化
            newCap = oldThr;
        else {               // 数组为空，没有指定新的阈值，采用默认初始值-->无参初始化
            newCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY;
            newThr = (int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY);
        }
        if (newThr == 0) { //按照给定的初始容量计算扩容后的新增阈值-->容量扩大两倍超出了最大值
            float ft = (float)newCap * loadFactor;
            newThr = (newCap < MAXIMUM_CAPACITY && ft < (float)MAXIMUM_CAPACITY ?
                    (int)ft : Integer.MAX_VALUE);
        }
        threshold = newThr;
        @SuppressWarnings({"rawtypes","unchecked"})
        Node<K,V>[] newTab = (Node<K,V>[])new Node[newCap];
        table = newTab;
        if (oldTab != null) { //将原数组的元素放入扩容后的数组
            for (int j = 0; j < oldCap; ++j) {
                Node<K,V> e;
                if ((e = oldTab[j]) != null) {
                    oldTab[j] = null;
                    if (e.next == null) //无后继几点，直接计算在新数组的位置，放入即可
                        newTab[e.hash & (newCap - 1)] = e;
                    else if (e instanceof TreeNode) //为树节点的要拆分
                        ((TreeNode<K,V>)e).split(this, newTab, j, oldCap);
                    else { // 单链表节点，将原数组中的链表元素拆分，一部分在原索引位置，一部分在原索引加原数组长度
                        Node<K,V> loHead = null, loTail = null; //保存在原索引的链表
                        Node<K,V> hiHead = null, hiTail = null; //保存在新索引的链表
                        Node<K,V> next;
                        do {
                            next = e.next;
                            if ((e.hash & oldCap) == 0) { //哈希值与原数组长度进行&操作，为0则在原数组位置，非0则在原数组索引位置+原数组长度
                                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;
    }

#### hashmap在java8中的改变 ####

1.  hash冲突的时候的单链表在java8中超过阈值会转化为红黑树，优化了查找速度
2.  在链表插入由头插法改成了尾插法，是由于原本的头插法在扩容时，高并发下会导致链表成环的问题，而尾插法扩容时会保持链表元素的顺序

引用参考  
\[1\][https://blog.csdn.net/u013494765/article/details/77837338][https_blog.csdn.net_u013494765_article_details_77837338]  
\[2\]I am CR7的公众号

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