Java HashMap源碼深入分析講解
1.HashMap是數(shù)組+鏈表(紅黑樹)的數(shù)據(jù)結構。
數(shù)組用來存放HashMap的Key,鏈表、紅黑樹用來存放HashMap的value。
2.HashMap大小的確定:
1) HashMap的初始大小是16,在下面的源碼分析中會看到。
2)如果創(chuàng)建時給定大小,HashMap會通過計算得到1、2、4、8、16、32、64....這樣的二進制位作為HashMap數(shù)組的大小。
//如何做到的呢?通過右移和或運算,最終n = xxx11111。n+1 = xx100000,2的n次方,即為數(shù)組大小 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 + 1; }
3.如何將key映射成數(shù)組角標:
我們都知道數(shù)組的下標是0,1,2,3,4,5,6.....這樣的連續(xù)整數(shù),那么、HashMap是怎么將Key轉換成對應的數(shù)組角標的呢?
//1. int h = key.hashCode 得到key的hashCode. //2. int j = h>>>16 右移16位 //3. int hash = h^j 異或,將hashCode變?yōu)閔ash值。 //通過hash算法將hashCode轉換為hash值,注意hash值和hashCode不是一回事。 //4.int index = (n - 1) & hash,n是數(shù)組的長度,計算得到的index即為數(shù)組的角標。 //有興趣的朋友,可以寫幾行代碼進行驗證。 static final int hash(Object key) { int h; return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16); } static final int index(int hash,int n){ return (n - 1) & hash; }
4.Value值如何存儲?
HashMap將key的hashCode轉換為數(shù)組角標,必然會存在多個元素的key轉換成同一個角標的情況。針對這樣的情況,HashMap采用鏈表和紅黑數(shù)的方式存儲Value值。java8以后默認先以單鏈表的方式存儲。當單鏈表中的元素超過8個后,單鏈表會轉換成紅黑樹數(shù)據(jù)結構。當紅黑樹上的節(jié)點數(shù)量少于6個會重新變?yōu)閱捂湵斫Y構。
5.put實現(xiàn)原理:
1)通過算法,計算出key對應的數(shù)組角標。
2)取出數(shù)組角標存儲的節(jié)點,如果為null直接存儲,如果不為null,則對鏈表進行遍歷,先比較兩個元素的hash值,再判斷key的equale,如果一樣,說明key已經(jīng)存在,則不存儲,這也就是hashmapKey不能重復的原因。如果不一樣,則以鏈表或紅黑樹的方式存儲。
final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent, boolean evict) { Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, i; //如果數(shù)組是null 或者長度為0,則創(chuàng)建數(shù)組 resize() if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0) //resize既是創(chuàng)建,也是擴容 n = (tab = resize()).length; //取出索引為i的Node賦值給p,如果為null,說明這個位置沒有節(jié)點 if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null) //創(chuàng)建Node,并放在角標為i的位置。這個node是一個單鏈表結構 tab[i] = newNode(hash, key, value, null); else {//如果i的位置有節(jié)點,則添加到鏈表中 Node<K,V> e; K k; //先判斷hash是否一致,再判斷key,如果一樣,則說明是同一個Key, //直接將p賦值給e,這也就是hashMap和HashSet的key不能重復的原因 if (p.hash == hash && ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) e = p; else if (p instanceof TreeNode)//紅黑樹 e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value); else { //創(chuàng)建新的node添加的鏈表的末尾 for (int binCount = 0; ; ++binCount) { //將下一個節(jié)點賦值給e。如果e==null,說明遍歷到最后一個節(jié)點, if ((e = p.next) == null) { //創(chuàng)建新的節(jié)點,添加到鏈表末尾 p.next = newNode(hash, key, value, null); //static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8; //當鏈表長度大于等于8時, if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st treeifyBin(tab, hash);//轉換成紅黑樹 break; } //去重 if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) break; //將當前的e賦值給p p = e; } } if (e != null) { // existing mapping for key V oldValue = e.value; if (!onlyIfAbsent || oldValue == null) e.value = value; afterNodeAccess(e); return oldValue; } } ++modCount; if (++size > threshold) //添加元素個數(shù)大于數(shù)組長度時,進行擴容 resize(); afterNodeInsertion(evict); return null; }
6.get方法,HashMap如何取出元素。
取數(shù)據(jù)時,如何判斷傳入的key和map中的key是同一個key呢?
e.hash == hash &&
((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k)))
通過源碼可以看到,必須滿足兩個條件,hash值必須相等,然后再判斷,key的引用是否一致,或者key的equals是否是true。這也就是為啥要同時復寫對象的hashCode和equals方法的原因。
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; // 數(shù)組不為空且長度大于0,對應角標的第一個node,first if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 && (first = tab[(n - 1) & hash]) != null) { if (first.hash == hash && //如果和第一個是同一個直接返回 ((k = first.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) return first; if ((e = first.next) != null) {//和鏈表第一個節(jié)點不一致,則進行遍歷 if (first instanceof TreeNode)//紅黑樹 return ((TreeNode<K,V>)first).getTreeNode(hash, key); do { if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) return e; } while ((e = e.next) != null);//遍歷鏈表取出和key一致的node } } return null; }
7.HashMap的擴容
擴容因子: static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;
默認大?。?code>static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; // aka 16
擴容閾值:int threshold;
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) {//數(shù)組長度大于0 if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) { threshold = Integer.MAX_VALUE; return oldTab; }else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY && oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY){ newThr = oldThr << 1; // 數(shù)組大于默認大小時, 擴容閾值是原來的2倍 } } else if (oldThr > 0) //初始化時,threshold已被設置(調用有參構造函數(shù)時) newCap = oldThr; //將數(shù)組長度設置為threshold值。 else { //如果數(shù)組和閾值都為0 (調用無參構造函數(shù)) newCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY; //默認數(shù)組大小, //擴容閾值為默認數(shù)組大小的0.75倍 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; @SuppressWarnings({"rawtypes","unchecked"}) Node<K,V>[] newTab = (Node<K,V>[])new Node[newCap]; table = newTab; if (oldTab != null) { for (int j = 0; j < oldCap; ++j) {//遍歷數(shù)組 Node<K,V> e; if ((e = oldTab[j]) != null) {//取出數(shù)組元素,也就是鏈表的第一個節(jié)點 oldTab[j] = null; if (e.next == null)//鏈表只有首個節(jié)點 newTab[e.hash & (newCap - 1)] = e; else if (e instanceof TreeNode)//紅黑樹 ((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); if (loTail != null) { loTail.next = null; newTab[j] = loHead; } if (hiTail != null) { hiTail.next = null; newTab[j + oldCap] = hiHead; } } } } } return newTab; } }
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