基础知识HashMap源码分析

Posted 2021-07-03 佯装Java大佬

大家好，我是大佬，HashMap是我们日常开发中常用的工具类，那么今天我们就一起学习一下它的源码吧。

相比Java7的HashMap（数组+链表），Java8最大的特点就是引入了黑红树(数组+链表|黑红树)。当链表中的元素超过了 8 个以后，会将链表转换为红黑树，在这些位置进行查找的时候可以降低时间复杂度为 O(logN)。

Java7 中使用 Entry 来代表每个 HashMap 中的数据节点，Java8 中使用 Node，都是 key，value，hash 和 next 这四个属性，不过，Node 用于表示链表，TreeNode用于表示黑红树。下面我们将一同学习Java8中的HashMap源码。

一、put过程分析

public V put(K key, V value) { return putVal(hash(key), key, value, false, true);} // 第三个参数 onlyIfAbsent 如果是 true，那么只有在不存在该 key 时才会进行 put 操作// 第四个参数 evict 我们这里不关心final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent, boolean evict) { Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, i; // 第一次 put 值的时候，会触发下面的 resize()，类似 java7 的第一次 put 也要初始化数组长度 // 第一次 resize 和后续的扩容有些不一样，因为这次是数组从 null 初始化到默认的 16 或自定义的初始容量 if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0) n = (tab = resize()).length; // 找到具体的数组下标，如果此位置没有值，那么直接初始化一下 Node 并放置在这个位置就可以了 if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null) tab[i] = newNode(hash, key, value, null);  else {// 数组该位置有数据 Node<K,V> e; K k; // 首先，判断该位置的第一个数据和我们要插入的数据，key 是不是"相等"，如果是，取出这个节点 if (p.hash == hash && ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) e = p;        // 如果该节点是代表红黑树的节点，调用红黑树的插值方法 else if (p instanceof TreeNode) e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value); else { // 到这里，说明数组该位置上是一个链表 for (int binCount = 0; ; ++binCount) { // 插入到链表的最后面(Java7 是插入到链表的最前面) if ((e = p.next) == null) { p.next = newNode(hash, key, value, null); // TREEIFY_THRESHOLD 为 8，所以，如果新插入的值是链表中的第 9 个 // 会触发下面的 treeifyBin，也就是将链表转换为红黑树 if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st treeifyBin(tab, hash); break; } // 如果在该链表中找到了"相等"的 key(== 或 equals) if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) // 此时 break，那么 e 为链表中[与要插入的新值的 key "相等"]的 node break; p = e; } } // e!=null 说明存在旧值的key与要插入的key"相等" // 对于我们分析的put操作，下面这个 if 其实就是进行 "值覆盖"，然后返回旧值 if (e != null) { V oldValue = e.value; if (!onlyIfAbsent || oldValue == null) e.value = value; afterNodeAccess(e); return oldValue; } } ++modCount; // 如果 HashMap 由于新插入这个值导致 size 已经超过了阈值，需要进行扩容 if (++size > threshold) resize(); afterNodeInsertion(evict); return null;}

数组扩容方法 resize：用于初始化数组或者扩容数组，每次扩容后容量变为原来的2倍。

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) { // 对应数组扩容 if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) { threshold = Integer.MAX_VALUE; return oldTab; } // 将数组大小扩大一倍 else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY && oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY) // 将阈值扩大一倍 newThr = oldThr << 1; // double threshold } else if (oldThr > 0) // 对应使用 new HashMap(int initialCapacity) 初始化后，第一次 put 的时候 newCap = oldThr; else {// 对应使用 new HashMap() 初始化后，第一次 put 的时候 newCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY; 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;  // 用新的数组大小初始化新的数组 Node<K,V>[] newTab = (Node<K,V>[])new Node[newCap]; table = newTab; // 如果是初始化数组，到这里就结束了，返回 newTab 即可  if (oldTab != null) { // 开始遍历原数组，进行数据迁移。 for (int j = 0; j < oldCap; ++j) { Node<K,V> e; if ((e = oldTab[j]) != null) { oldTab[j] = null; // 如果该数组位置上只有单个元素，那就简单了，简单迁移这个元素就可以了 if (e.next == null) newTab[e.hash & (newCap - 1)] = e; // 如果是红黑树，具体我们就不展开了 else if (e instanceof TreeNode) ((TreeNode<K,V>)e).split(this, newTab, j, oldCap); else {  // 这块是处理链表的情况， // 需要将此链表拆成两个链表，放到新的数组中，并且保留原来的先后顺序 // loHead、loTail 对应一条链表，hiHead、hiTail 对应另一条链表，代码还是比较简单的 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; // 第一条链表 newTab[j] = loHead; } if (hiTail != null) { hiTail.next = null;                        // 第二条链表的新的位置是 j + oldCap newTab[j + oldCap] = hiHead; } } } } } return newTab;}

链表转红黑树: treeifyBin：

/** * tab：元素数组， * hash：hash值（要增加的键值对的key的hash值） */final void treeifyBin(Node<K,V>[] tab, int hash) {  int n, index; Node<K,V> e; /* * 如果元素数组为空 或者 数组长度小于 树结构化的最小限制 * MIN_TREEIFY_CAPACITY 默认值64，对于这个值可以理解为：如果元素数组长度小于这个值，没有必要去进行结构转换 * 当一个数组位置上集中了多个键值对，那是因为这些key的hash值和数组长度取模之后结果相同。（并不是因为这些key的hash值相同） * 因为hash值相同的概率不高，所以可以通过扩容的方式，来使得最终这些key的hash值在和新的数组长度取模之后，拆分到多个数组位置上。 */ if (tab == null || (n = tab.length) < MIN_TREEIFY_CAPACITY) resize(); // 扩容，可参见resize方法解析  // 如果元素数组长度已经大于等于了 MIN_TREEIFY_CAPACITY，那么就有必要进行结构转换了 // 根据hash值和数组长度进行取模运算后，得到链表的首节点 else if ((e = tab[index = (n - 1) & hash]) != null) {  TreeNode<K,V> hd = null, tl = null; // 定义首、尾节点 do {  TreeNode<K,V> p = replacementTreeNode(e, null); // 将该节点转换为 树节点 if (tl == null) // 如果尾节点为空，说明还没有根节点 hd = p; // 首节点（根节点）指向 当前节点 else { // 尾节点不为空，以下两行是一个双向链表结构 p.prev = tl; // 当前树节点的 前一个节点指向 尾节点 tl.next = p; // 尾节点的 后一个节点指向 当前节点 } tl = p; // 把当前节点设为尾节点 } while ((e = e.next) != null); // 继续遍历链表  // 到目前为止 也只是把Node对象转换成了TreeNode对象，把单向链表转换成了双向链表  // 把转换后的双向链表，替换原来位置上的单向链表 if ((tab[index] = hd) != null) hd.treeify(tab);//此处单独解析 }}

二、get 过程分析

1. 计算 key 的 hash 值，根据 hash 值找到对应数组下标: hash & (length-1)

2. 判断数组该位置处的元素是否刚好就是我们要找的，如果不是，走第三步

3. 判断该元素类型是否是 TreeNode，如果是，用红黑树的方法取数据，如果不是，

   走第四步

4. 遍历链表，直到找到相等(==或equals)的 key.

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; if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 && (first = tab[(n - 1) & hash]) != null) { // 判断第一个节点是不是就是需要的 if (first.hash == hash && // always check first node ((k = first.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) return first; if ((e = first.next) != null) { // 判断是否是红黑树 if (first instanceof TreeNode) return ((TreeNode<K,V>)first).getTreeNode(hash, key);  // 链表遍历 do { if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) return e; } while ((e = e.next) != null); } } return null;}

DL本着与大家一同学习源码共同进步的目的，如有写的不准确的地方，还请广大盆友多多指教！