源码解析JDK1.8-HashMap链表成环的问题解决方案

Posted 2021-04-24 程序员清辞

上篇文章详解介绍了HashMap在JDK1.7版本中链表成环的原因，今天介绍下JDK1.8针对HashMap线程安全问题的解决方案。

JDK1.8扩容源码解析

        首先我来了解下HashMap中经典的扩容代码，回顾下扩容的过程：

public class HashMap<K,V> extends AbstractMap<K,V> implements Map<K,V>, Cloneable, Serializable {  // jdk1.8 HashMap扩容源码 final Node<K,V>[] resize() {  Node<K,V>[] oldTab = table;  // 到@SuppressWarnings都是计算newTab的newCap和threshold容量 int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length; int oldThr = threshold; int newCap, newThr = 0; if (oldCap > 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; // double threshold } else if (oldThr > 0) // initial capacity was placed in threshold newCap = oldThr; else { // zero initial threshold signifies using defaults 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; @SuppressWarnings({"rawtypes","unchecked"}) Node<K,V>[] newTab = (Node<K,V>[])new Node[newCap];  // 开始进行数据迁移 table = newTab; if (oldTab != null) { // 遍历oldTab中的数据，并迁移到新数组。 for (int j = 0; j < oldCap; ++j) { Node<K,V> e; // 如果oldTab数组中j位置数据不为null，进行遍历，并赋值给e，避免直接对oldTab进行操作 if ((e = oldTab[j]) != null) { oldTab[j] = null; // 如果oldTab的j位置数据没有形成链表，就直接赋值到newTab if (e.next == null) newTab[e.hash & (newCap - 1)] = e; // 链表转换成了红黑树，针对红黑树的迁移方式 else if (e instanceof TreeNode) ((TreeNode<K,V>)e).split(this, newTab, j, oldCap); // 针对链表的数据迁移方式 else { // preserve order // loHead 表示老值,老值的意思是扩容后，该链表中计算出索引位置不变的元素 Node<K,V> loHead = null, loTail = null; // hiHead 表示新值，新值的意思是扩容后，计算出索引位置发生变化的元素 Node<K,V> hiHead = null, hiTail = null; Node<K,V> next; do { next = e.next; // 表示老值链表，即该链表中计算出索引位置不变的元素 if ((e.hash & oldCap) == 0) { if (loTail == null) loHead = e; else loTail.next = e; loTail = e; } // 表示新值链表，即计算出索引位置发生变化的元素 else { if (hiTail == null) hiHead = e; else hiTail.next = e; hiTail = e; } } while ((e = next) != null); // 生成链表后整体赋值 // 老链表整体赋值 if (loTail != null) { loTail.next = null; newTab[j] = loHead; } // 新链表整体赋值 if (hiTail != null) { hiTail.next = null; newTab[j + oldCap] = hiHead; } } } } } return newTab; }}

        看完上边的代码后，可能也是一头雾水，下面我们重点对其中的细节点进行解析，针对计算newTab的newCap和threshold容量部分我们就不详细阐述，重点从数据迁移部分进行分析。我们按照代码顺序分步进行分析。

迁移过程详解

1、利用for循环遍历oldTab中的数据

for (int j = 0; j < oldCap; ++j) { Node<K,V> e;

2、对oldTab在j位置的数据进行判断，并进行数据迁移操作

        如果在oldTab的j位置数据没有形成链表

if (e.next == null) newTab[e.hash & (newCap - 1)] = e;

        如果e.next == null，也就是e没有next数据节点，通过这种方法判断是否形成了链表数据结构，如果没有形成链表数据结构，直接将数据放到对应newTab的位置即可。

        e.hash & (newCap - 1) : 代表newTab存放e数据的位置，假如，e.hash = 5，oldCap = 4（老数组oldTab的长度），newCap = 8（新数组newTab的长度，即老数组2倍扩容），那么该e元素：在oldTab中的位置为：5 & (4 - 1) = 1

   101

&    11

---

   001

在newTab中的位置为：5 & (8 - 1) = 5

   101

&  111

---

   101

   

        这种计算方式既能保证数据存储散列，又能避免计算出的位置超出最大容量（也就是数组角标越界，因为作&运算，不会超过oldTab-1和newTab-1）。

3、链表转换成了红黑树，针对红黑树的迁移方式

else if (e instanceof TreeNode) ((TreeNode<K,V>)e).split(this, newTab, j, oldCap);

4、针对链表的数据迁移方式

else { // preserve order // loHead 表示老值,老值的意思是扩容后，该链表中计算出索引位置不变的元素 Node<K,V> loHead = null, loTail = null; // hiHead 表示新值，新值的意思是扩容后，计算出索引位置发生变化的元素 Node<K,V> hiHead = null, hiTail = null; Node<K,V> next; do { next = e.next; // 表示老值链表，即该链表中计算出索引位置不变的元素 if ((e.hash & oldCap) == 0) { if (loTail == null) loHead = e; else loTail.next = e; loTail = e; } // 表示新值链表，即计算出索引位置发生变化的元素 else { if (hiTail == null) hiHead = e; else hiTail.next = e; hiTail = e; } } while ((e = next) != null);}

        jdk1.8版本为了提高链表迁移的效率，引用两个新的概念：

        loHead：表示老值，意思是扩容后，该链表中计算出索引位置不变的元素。

        hiHead：表示新值，意思是扩容后，计算出索引位置发生变化的元素。

        举个例子，数组大小是 8 ，在数组索引位置是 1 的地方挂着一个链表，链表有两个值，两个值的 hashcode 分别是是9和33。当数组发生扩容时，新数组的大小是 16，此时 hashcode 是 33 的值计算出来的数组索引位置仍然是 1，我们称为老值hashcode 是 9 的值计算出来的数组索引位置是 9，就发生了变化，我们称为新值。

        针对链表做do-while遍历，条件为(e = next) != null。利用(e.hash & oldCap) == 0来判断元素e属于新值链表还是老值链表。参考上面索引位置计算算法 e.hash & (oldCap - 1)，这次直接利用e.hash与oldCap作&运算，因为oldCap为4、8、16...为2的指数，其二进制为100，1000，10000....，所以e.hash与其作&运算，假如oldCap = 4，newCap = 8，那么最终计算得到的值如果等于0，则该元素的位置0~3之间，除此之外在4~7之间。通过这种方式判断元素e属于老值还是新值，这样生成两条新的链表。

5、生成新老链表后整体赋值

// 老链表整体赋值if (loTail != null) { loTail.next = null; newTab[j] = loHead;}// 新链表整体赋值if (hiTail != null) { hiTail.next = null; newTab[j + oldCap] = hiHead;}

        如果是老链表，直接将数据赋值给newTab[j]。如果是新链表，需要进行将j增加oldCap的长度，通过e.hash & (newTab - 1)计算后得到的也是这个值。计算原理是相通的。

总结

1. jdk1.8 是等链表整个 while 循环结束后，才给数组赋值，此时使用局部变量 loHead 和 hiHead 来保存链表的值，因为是局部变量，所以多线程的情况下，肯定是没有问题的。

2. 为什么有 loHead 和 hiHead 两个新老值来保存链表呢，主要是因为扩容后，链表中的元素的索引位置是可能发生变化的。

END

作者：程序员清辞

微信：qingci8848

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