JDK8源码解读:HashMap

Posted 2021-04-24 开源java学习

在使用HashMap操作自如后，对：hashCode、hashMap结构：数组列表、散列冲突、装填因子有了一定的概念，通过分析HashMap源码中put()方法，深入理解HashMap的工作原理及应用范围。

HashMap中的map.put()

public V put(K key, V value) {

   return putVal(hash(key), key, value, false, true);

}

put方法会return一个putVal方法，方法包含5个参数，其中前三个：

hash(key)：是根据传入的key键来计算出一个int型的数字

key：要放入hashMap中的【键】

value:和键相对应的【值】

h = key.hashCode()这里h是这个key通过hashCode()方法计算得到的hashCode值。得到h后：h ^ (h >>> 16) 即表示h会进一步和 (h >>> 16)进行异或运算并return最终的结果。这里细心留意下会发现：h是个32位的int型，h >>> 16表示：原先位于右半部分的低16位全被清空，原先位于左半部分的高16位移到了现在的右半部分，左边空位用0补齐。

然后得到的数再和h进行异或，那么最后的结果相当于保留了原先h的高16位部分，而低16位部分则相当于用原高16位和低16位异或。

hash(key)计算出键的hash值后，put方法return一个putVal()方法：

return putVal(hash(key), key, value, false, true);

根据key求HashMap中的索引的问题

putVal方法初始化了几个变量：

Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, i;

看到Node，进去看一下是如何定义的：

static class Node<K,V> 

               implements Map.Entry<K,V> {

       final int hash;

       final K key;

       V value;

       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;

}

可以看到，和LinkedList中的Node类似，HashMap中也定义了内部类：Node<K,V>，不过有点不同的是Node节点类有4个成员变量：

final int hash;

final K key;

V value;

Node<K,V> next;

每个Node节点都可以存一个int类型的hash值，key，value，和指向另一个Node节点的引用next，现在让我们回到putVal中看一下：

Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, i;

这个tab是个Node节点数组，里面肯定有联系，带着疑问我们接着往下看：

if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)

      n = (tab = resize()).length;

越看越晕啊，table是什么？

transient Node<K,V>[] table;

这个table是个Node节点数组，HashMap的底层是链表数组，这个Node<K,V>[] table就是HashMap所谓的【链表数组】

if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)

      n = (tab = resize()).length;

将table赋给tab，若tab为空或tab.length == 0，则执行n = (tab = resize()).length;

如果初始的HashMap为空则tab == null则进入初始化过程，初始化主要是通过resize()执行。

resize()后的数组列表赋给tab完成初始化。resize方法，看名字就知道是用于扩容的方法，现在知道resize()方法是用来给HashMap扩容的。经过resize()方法初始化赋值后tab成为了一个长度为16，阈值为12的数组列表(初始容量默认为16，装填因子默认为0.75，阈值 = 容量 * 装填因子)

if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)

      tab[i] = newNode(hash, key, value, null);

如果tab[i]对象为空,则通过newNode()方法构造一个新节点，然后插入tab[i]中。注意，此处索引

i = (n - 1) & hash

是hashMap中的核心知识点。对于任意一个新的等待添加的元素，是如何计算其插入位置索引的呢？就是通过(n - 1) & hash.hash是之前通过hash(key)计算出来的int型的hash值，n为table的容量 = table.length。

结合上面int型的hash值的算法:

h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16)

说明这里的hash值h是和hashCode相关的，但是不等价，且计算方式比较独特。这是因为在JDK1.8的实现中，优化了高位运算的算法，通过hashCode()的高16位异或低16位实现的：(h = k.hashCode()) ^ (h >>> 16)，主要是从速度、功效、质量来考虑的，这么做可以在数组table的length比较小的时候，也能保证考虑到高低Bit都参与到Hash的计算中，同时不会有太大的开销。

这个方法计算非常巧妙，它通过

h & (table.length-1)

来得到该对象的保存位，而HashMap底层数组的长度总是2的n次方，这是HashMap在速度上的优化。当length总是2的n次方时，h& (length-1)运算等价于对length取模，也就是h%length，因为&比%具有更高的效率！

HashMap中的哈希碰撞问题

首先来定义哈希碰撞问题：

table[i]处原先没有对象时可以通过

tab[i] = newNode(hash, key, value, null);

插入新对象。要是tab[i]处不为空该怎么办呢？

此处就是hash碰撞：即不同元素的key通过hash(key)散列出的索引i相等，导致这些元素都会插入至table[i],也就是产生了哈希碰撞。

                           

 这里分几种情况：

//如果当前待插入对象的hash值和table[i]对象的hash值相同，且key值相同，则用新value覆盖掉原value

if (p.hash == hash &&((k = p.key) == key

      || (key != null && key.equals(k)))){

    e = p;

}

//若key不相同，且table[i]为红黑树，则将节点放入树中

else if (p instanceof TreeNode)

    e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);

//若key不相同,且table[i]为链表，则进入for循环

    else {...}

1.若当前对象的hash值和tab[i]对象的hash值相同，且key键也相等，则直接用当前对象的新value值覆盖原value。

2.若hash值相同但key不同，则将当前对象插入到table[i]中的对象中去，此对象可能是链表也可能是红黑树。若table[i]对象为红黑树，则将当前对象插入树中。

3.若table[i]对象为链表，则插入之前需要依次遍历每个链表节点，寻找插入位置。

简单来说，如果table[i]为链表，那么会通过一个无限for循环遍历此链表来寻找插入位。正常情况下会循环到链表尾，停止循环，将待插入的key和value通过newNode()方法放入新构造的Node节点中，将此Node节点置于链表尾。或者在循环过程中发生key值冲突，则会提前break出for循环。这时，最后如果e != null，则表示发生了key值冲突，则会用新value值覆盖掉原节点的value值，并return出去。

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