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java8中的HashMap原理詳解

更新時間：2023年09月11日 11:59:07 作者：feiyingHiei

這篇文章主要介紹了java8中的HashMap原理詳解,HashMap是日常開發(fā)中非常常用的容器,HashMap實現(xiàn)了Map接口,底層的實現(xiàn)原理是哈希表,HashMap不是一個線程安全的容器,需要的朋友可以參考下

java8 HashMap實現(xiàn)原理

HashMap是日常開發(fā)中非常常用的容器，HashMap實現(xiàn)了Map接口，底層的實現(xiàn)原理是哈希表，HashMap不是一個線程安全的容器，jdk8對HashMap做了一些改進(jìn)，作為開發(fā)人員需要對HashMap的原理有所了解，現(xiàn)在就通過源碼來了解HashMap的實現(xiàn)原理。

首先看HashMap中的屬性

    //Node數(shù)組
    transient Node<K,V>[] table;
     //當(dāng)前哈希表中k-v對個數(shù)，實際就是node的個數(shù)
    transient int size;
    //修改次數(shù)
    transient int modCount;
    //元素閾值
    int threshold;
    //負(fù)載因子
    final float loadFactor;

這里的threshold = loadFactor * table.length，hash表如果想要保持比較好的性能，數(shù)組的長度通常要大于元素個數(shù)，默認(rèn)的負(fù)載因子是0.75，用戶可以自行修改，不過最好使用默認(rèn)的負(fù)載因子。

Node是用來存儲KV的節(jié)點，每次put(k,v)的時候就會包裝成一個新的Node, Node定義

    static class Node<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
        //hash值
        final int hash;
        final K key;
        V value;
        //hash & (capacity - 1) 相同的Node會形成一個鏈表
        Node<K,V> next;
        Node(int hash, K key, V value, Node<K,V> next) {
            this.hash = hash;
            this.key = key;
            this.value = value;
            this.next = next;
        }
    }

put操作

寫入操作是map中最常用的方法，這里看看hashmap的put方法代碼

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

這里先計算key的hash值，然后調(diào)用putVal()方法，其中hash方法是內(nèi)部自帶的一個算法，會對key的hashcode再做一次hash操作

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

pubVal方法

final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,
                   boolean evict) {
        Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, i;
        if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
            n = (tab = resize()).length; //如果數(shù)組為空，先初始化一下
        if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null) //如果對應(yīng)的數(shù)組為空的話，那么就直接new一個node然后塞進(jìn)去
            tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
        else { //如果有值，說明發(fā)生了沖突，那么就先用拉鏈法來處理沖突
            Node<K,V> e; K k;
            if (p.hash == hash &&
                ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                e = p; //如果頭結(jié)點的key和要插入的key相同，那么就說明找到了之前插入的節(jié)點
            else if (p instanceof TreeNode) //如果鏈表轉(zhuǎn)成了紅黑樹
                e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
            else {
                for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
                    if ((e = p.next) == null) { //如果之前沒有put過這個節(jié)點，那么就new一個新的節(jié)點
                        p.next = newNode(hash, key, value, null);
                        if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) 
                        //另外要檢查一下當(dāng)前鏈表的長度，如果超過8那么就將鏈表轉(zhuǎn)化成紅黑樹
                            treeifyBin(tab, hash);
                        break;
                    }
                    if (e.hash == hash &&
                        ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                        //如果找到了之前的節(jié)點，那么就跳出
                        break;
                    p = e;
                }
            }
            if (e != null) {
                V oldValue = e.value; 
                if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
                    e.value = value;
                afterNodeAccess(e); //在當(dāng)前類中NOOP
                return oldValue;
            }
        }
        ++modCount;
        //如果當(dāng)前元素數(shù)量大于門限值，就要resize整個hash表，實際上就是把數(shù)組擴大一倍，然后將所有元素重新塞到新的hash表中
        if (++size > threshold)
            resize();
        afterNodeInsertion(evict); //在該類中NOOP
        return null;
    }

在hashtable中默認(rèn)的出現(xiàn)沖突的時候就會將沖突的元素形成一個鏈表，當(dāng)鏈表長度大于8的時候就會將鏈表變成一個二叉樹，這是java8中做出的改進(jìn)，因為在使用hash表的時候在key特殊的情況下最壞的時候hash表會退化成一個鏈表，那么原有的O(1)的時間復(fù)雜度就變成了O(n)，性能就會大打折扣，但是引用了紅黑樹之后那么在最好的情況下時間復(fù)雜度就變成了O(log(n))。

resize方法

final Node<K, V> [] resize() {
......
//去掉了一些代碼，只關(guān)注最核心的node遷移
//resize會新建一個數(shù)組，數(shù)組的長度是原來數(shù)組長度的兩倍
    for (int j = 0; j < oldCap; ++j) {//遍歷原來的數(shù)組
        Node<K,V> e;
        if ((e = oldTab[j]) != null) {
            oldTab[j] = null;
            if (e.next == null)
                newTab[e.hash & (newCap - 1)] = e; //如果沒有形成鏈表的話，就直接塞到新的hash表中
            else if (e instanceof TreeNode)
                ((TreeNode<K,V>)e).split(this, newTab, j, oldCap); //紅黑樹操作？？
            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) { //如果hash值小于oldCap的時候，那么就還在原來那個數(shù)組的位置，就把這個節(jié)點放到low鏈表中
                        if (loTail == null)
                            loHead = e;
                        else
                            loTail.next = e;
                        loTail = e;
                    }
                    else { //否則的話就是因為擴展數(shù)組長度，就把原來的節(jié)點放到high鏈表中
                        if (hiTail == null)
                            hiHead = e;
                        else
                            hiTail.next = e;
                        hiTail = e;
                    }
                } while ((e = next) != null);
                if (loTail != null) {
                    loTail.next = null;
                    newTab[j] = loHead; //low鏈表還放在原來的位置
                }
                if (hiTail != null) {
                    hiTail.next = null;
                    newTab[j + oldCap] = hiHead; //high鏈表放到j(luò)+oldCap位置上
                }
            }
        }
    }
}

resize操作就是創(chuàng)建一個先的數(shù)組，然后把老的數(shù)組中的元素塞到新的數(shù)組中，注意java8中的hashMap中數(shù)組長度都是2的n次冪,2、4、、8、16….. 這樣的好處就是可以通過與操作來替代求余操作。當(dāng)數(shù)組擴大之后，那么每個元素所在的位置是可以預(yù)期的，就是要不就待在原來的位置，要不就是到j(luò)+oldCap位置上，舉個栗子，如果原來數(shù)組長度為4，那么hash為3和7 的元素都會放在index為3的位置上，當(dāng)數(shù)組長度變成8的時候，hash為3的元素還待在index為3的位置，hash為7的元素此時就要放到index為7的位置上。

resize操作是一個很重要的操作，resize會很消耗性能，因此在創(chuàng)建hashMap的時候最好先預(yù)估容量，防止重復(fù)創(chuàng)建拷貝。

另外hashmap也是非線程安全的，在多線程操作的時候可能會產(chǎn)生cpu100%的情況，主要的原因也是因為在多個線程resize的時候?qū)е骆湵懋a(chǎn)生了環(huán)，這樣下次get操作的時候就會容易進(jìn)入死循環(huán)。

get方法（）

get的實現(xiàn)比較簡單

final Node<K,V> getNode(int hash, Object key) {
    Node<K,V>[] tab; Node<K,V> first, e; int n; K k;
    if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 &&
        (first = tab[(n - 1) & hash]) != null) {
        if (first.hash == hash && ((k = first.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) //如果節(jié)點不為空而且頭結(jié)點與查找的key相同就返回
            return first;
        if ((e = first.next) != null) {
            if (first instanceof TreeNode)
                return ((TreeNode<K,V>)first).getTreeNode(hash, key);//從紅黑樹中查找
            do {
                if (e.hash == hash &&
                    ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                    return e;
            } while ((e = e.next) != null); //遍歷鏈表查找key相同的node
        }
    }
    return null;
}

到此這篇關(guān)于java8中的HashMap原理詳解的文章就介紹到這了,更多相關(guān)HashMap原理內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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