java集合HashMap源码解析(基于JDK1.8)
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一、Hashmap简介
类继承关系图如下:
HashMap实现了三个接口,一个抽象类。主要的方法都在Map接口中,AbstractMap抽象类实现了Map方法中的公共方法,例如:size(),containsKey(),clear()等,主要方法由子类自己实现。
HashMap结构如下图:
HashMap的主要结构由数组、链表/红黑树组成,当数组中某个节点大于等于8个并且数组长度大于等于64时,链表会转换为红黑树。
二、HashMap的主要属性
public class HashMap<K,V> extends AbstractMap<K,V>
implements Map<K,V>, Cloneable, Serializable
private static final long serialVersionUID = 362498820763181265L;
/* ---------------- 默认值 -------------- */
/**
* 默认初始化大小,必须是二的次幂
*/
static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; // aka 16
/**
* 数组最大值,当大于该值时使用该值
*/
static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;
/**
* 默认负载因子
*/
static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;
/**
* 某个节点由链表转为红黑树时候的阈值
*/
static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8;
/**
* 节点由红黑树转为链表时的阈值
*/
static final int UNTREEIFY_THRESHOLD = 6;
/**
* 节点转为红黑树时数组的阈值
*/
static final int MIN_TREEIFY_CAPACITY = 64;
/* ---------------- 字段 -------------- */
/**
* HashMap的数组(划重点,主要结构)
* HashMap的由数组+链表/红黑树组成,数组指的就是这个数组,链表和红黑树则是由Node结构组成
*/
transient Node<K,V>[] table;
/**
* 保存缓存的set.AbstractMap字段用于实现keySet()和values()。
*/
transient Set<Map.Entry<K,V>> entrySet;
/**
* HashMap中数据量大小.
*/
transient int size;
/**
* HashMap的修改次数
*/
transient int modCount;
/**
* 阈值,当HashMap中数据大于该值时将进行扩容
*/
int threshold;
/**
* 加载因子
*/
final float loadFactor;
/* ---------------- Node结构 -------------- */
/**
* HashMap的基础节点
*/
static class Node<K,V> implements Map.Entry<K,V>
//当前节点的hash值
final int hash;
//当前节点的key
final K key;
//当前节点的value
V value;
//指向下一个节点的引用
Node<K,V> next;
//node的构造函数
Node(int hash, K key, V value, Node<K,V> next)
this.hash = hash;
this.key = key;
this.value = value;
this.next = next;
//...其他方法省略
三、源码解析
1、初始化方法
HashMap共有四个构造函数,参数分别是1、初始化数组大小、加载因子。2、初始化数组大小。3、无参。4、HashMap结构。
其中1、2、3三个参数的构造函数性质相同,都是传入初始化数组大小或加载因子,没传的使用默认值。构造函数4使用默认的初始化大小和加载因子,并且是将传入的HashMap添加到新的结构中。
具体代码如下:
/**
* 有初始化大小和加载因子大小的构造函数
* @param initialCapacity 初始化大小
* @param loadFactor 加载因子
* @throws IllegalArgumentException 非法参数异常
*/
public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor)
//如果初始化大小小于0,抛出异常
if (initialCapacity < 0)
throw new IllegalArgumentException("Illegal initial capacity: " +
initialCapacity);
//如果初始化大小大于最大值,那么就把初始化大小设置为最大值
if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY)
initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY;
//如果加载因子小于等于0或者是非法的float类型,则抛出异常
if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor))
throw new IllegalArgumentException("Illegal load factor: " +
loadFactor);
//设置加载因子
this.loadFactor = loadFactor;
//设置下一次扩容阈值
this.threshold = tableSizeFor(initialCapacity);
/**
* 有初始化大小的构造函数 加载因子使用默认值(0.75)
*
* @param 初始化大小
* @throws IllegalArgumentException 非法参数异常
*/
public HashMap(int initialCapacity)
//调用第一个构造函数,加载因子使用默认值DEFAULT_LOAD_FACTOR(0.75)
this(initialCapacity, DEFAULT_LOAD_FACTOR);
/**
* 无参构造函数,使用默认大小(16)和默认加载因子(0.75)
*/
public HashMap()
//设计加载因子为默认值,其他所有值都是要默认值
this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR; // all other fields defaulted
/**
* 使用一个HashMap为参数的构造函数,加载因子使用默认(0.75)
*
* @param 一个HashMap数据
* @throws NullPointerException 空指针异常
*/
public HashMap(Map<? extends K, ? extends V> m)
//加载因子为默认值
this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR;
//将传入的HashMap数据放入当前结构中
putMapEntries(m, false);
2、get方法
先看源码,再做总结,源码:
/**
* HashMap的get方法
* @param 要查找的key
*/
public V get(Object key)
//定义一个node
Node<K,V> e;
//通过getNode()方法获取node,getNode返回null则get方法返回null,否则返回node的value
return (e = getNode(hash(key), key)) == null ? null : e.value;
/**
* 实现Map.get和相关方法
* @param key的hash值
* @param key
* @return 结构中的node或者null
*/
final Node<K,V> getNode(int hash, Object key)
//定义说明 tab:数组,first:该数组节点中的第一个值,n:数组大小,k:first的key
Node<K,V>[] tab; Node<K,V> first, e; int n; K k;
//如果数组不为null、数组大小大于0、通过hash获取到的数组中的节点不为null
if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 &&
(first = tab[(n - 1) & hash]) != null)
//该节点的hash等于要查找的hash值(始终检查第一个节点)、该节点的key与要查找的key相等(==为true或者equals为true)
if (first.hash == hash && // always check first node
((k = first.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
return first;
//如果第first节点不为null并且first节点不是要查找的节点(上面的if判断,如果是要查找的接口则上一步就返回了)
if ((e = first.next) != null)
//如果是红黑树类型
if (first instanceof TreeNode)
//遍历红黑树
return ((TreeNode<K,V>)first).getTreeNode(hash, key);
//循环遍历链表
do
//当hash值相同、该节点的key与要查找的key相等(==为true或者equals为true)
if (e.hash == hash &&
((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
return e;
while ((e = e.next) != null);
//如果hash值对应的数组为null,则返回null
return null;
get方法总结:
- 根据key的hash值找到数组中对应的位置。
- 判断该位置上的值和要查找的值是否相等(==或者equals),如果是则返回
- 如果不是则判断该节点的下一个节点是否为空,为空则返回null。
- 判断结构是否是红黑树,如果是,遍历树。
- 如果不是树,则遍历链表。
- 如果不符合上面的条件则返回null。
3、put方法
先看源码:
/**
* 添加key-value,如果key已经对应value,则替换,返回之前的值
*
* @param key
* @param value
* @return 返回之前的value
*/
public V put(K key, V value)
return putVal(hash(key), key, value, false, true);
/**
* 实现Map.put和相关方法
*
* @param hash值
* @param key
* @param value
* @param onlyIfAbsent 是否只在不存在的时候修改值,true不修改,false修改
* @param evict 如果为false,则为创建模式
* @return 返回之前的value,如果没有则为null
*/
final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,
boolean evict)
//变量说明tab:当前数组,p:当前节点,n:数组大小,i:要插入的数据在数组中的位置
Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, i;
//数组为空或者数组大小为0 初始化数组(resize()扩容函数,也包括初始化数组,后面扩容会分析)
if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
n = (tab = resize()).length;
//如果对应数组中的位置为null,将当前数据构造成Node放入该节点
if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
else
Node<K,V> e; K k;
//当hash值相同、该节点的key与要插入的key相等(==为true或者equals为true),则替换该value
if (p.hash == hash &&
((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
e = p;
//如果是树结构,插入树节点
else if (p instanceof TreeNode)
e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
else
//遍历链表节点
for (int binCount = 0; ; ++binCount)
//如果没有遍历到与该key相同的数据,则在链表最后添加该数据节点
if ((e = p.next) == null)
p.next = newNode(hash, key, value, null);
//如果该链表长度大于等于8,则将链表转换为树
if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st
treeifyBin(tab, hash);
break;
//如果key相同,则跳出循环
if (e.hash == hash &&
((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
break;
p = e;
//如果存在key对应的数据,替换数据,返回之前的数据
if (e != null) // existing mapping for key
V oldValue = e.value;
if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
e.value = value;
//LinkedHashMap使用,HashMap中方法体为空
afterNodeAccess(e);
return oldValue;
++modCount;
//如果数组中的值大于阈值,则扩容
if (++size > threshold)
resize();
afterNodeInsertion(evict);
return null;
put方法总结:
- 判断HashMap中的数组是否为空或者大小为0,如果是则初始化数组。
- 如果该hash值对应的数组中的位置为空,则将该数据组成的节点直接插入到该位置中。
- 如果数组对应位置数据不为空,判断该位置节点的key与要插入的key是否相等,如果是设置e(局部变量)等于该节点。
- 如果Node结构为树结构,则遍历树结构找到key对应的节点,设置为e。
- 如果Node结构为链表,遍历链表,如果链表中没有找到对应的key,将数据构造成Node节点插入链表最后,如果链表长度大于等于8,则将结构转为树。
- 如果在链表中找到对应的key,则将该节点设置为e.
- 如果e(上面遍历找到的节点)不为null,则设置新的value,返回旧的value.
- 如果e为null,说明是新增,HashMap大小加一,判断是否大于阈值,如果大于,则扩容。
4、扩容
先看源码:
/**
* 初始化或者扩容
*
* @return the table
*/
final Node<K,V>[] resize()
//旧的数组
Node<K,V>[] oldTab = table;
//旧的数组大小
int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length;
//旧的阈值
int oldThr = threshold;
//新的数组大小和阈值
int newCap, newThr = 0;
//如果旧的数组大小大于0(只要初始化过就都会大于0)
if (oldCap > 0)
//旧的数组大小已经达到最大,那么设置阈值为最大值
if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY)
threshold = Integer.MAX_VALUE;
return oldTab;
//如果旧的数组扩大两倍小鱼最大值并且旧的数组大于等于初始化值,那么设置新的阈值为旧的阈值的两倍
else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY &&
oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)
newThr = oldThr << 1; // double threshold
//如果数组大小为0,阈值大小大于0,则设置新的初始化大小为阈值,否则全部使用默认值
else if (oldThr > 0) // 初始容量设置为阈值
newCap = oldThr;
else // zero initial threshold signifies using defaults
newCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY;
newThr = (int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY);
//如果新的阈值等于0,那么设置新的阈值为新的数组大小*加载因子
if (newThr == 0)
float ft = (float)newCap * loadFactor;
newThr = (newCap < MAXIMUM_CAPACITY && ft < (float)MAXIMUM_CAPACITY ?
(int)ft : Integer.MAX_VALUE);
//阈值等于新的阈值
threshold = newThr;
//新的数组
@SuppressWarnings("rawtypes","unchecked")
Node<K,V>[] newTab = (Node<K,V>[])new Node[newCap];
table = newTab;
//旧的数组不为null,说明不是初始化,需要扩容
if (oldTab != null)
//遍历旧得数组
for (int j = 0; j < oldCap; ++j)
Node<K,V> e;
//如果该位置的节点不为null,那么遍历链表或者树放入新的数组中
if ((e = oldTab[j]) != null)
oldTab[j] = null;
//如果只有一个节点,直接放入新数组中对应的位置
if (e.next == null)
newTab[e.hash & (newCap - 1)] = e;
//如果是树结构,拆分树
else if (e instanceof TreeNode)
((TreeNode<K,V>)e).split(this, newTab, j, oldCap);
//链表结构,拆分链表
else // 保持之前的顺序
//低位头、尾节点
Node<K,V> loHead = null, loTail = null;
//高位头、尾节点
Node<K,V> hiHead = null, hiTail = null;
Node<K,V> next;
do
next = e.next;
//如果hash值&旧的数组大小为0,说明放到新数组后还是之前的位置,否则为(当前位置+旧数组大小)的位置
//遍历第一个节点时,头、尾都设置为该节点,之后的节点添加到该节点之后,并设置尾节点为后添加的节点
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);
//设置新数组的节点
if (loTail != null)
loTail.next = null;
newTab[j] = loHead;
if (hiTail != null)
hiTail.next = null;
newTab[j + oldCap] = hiHead;
return newTab;
扩容方法总结:
- 数组是否已经达到最大值,如果已经最大,设置阈值也为最大值,否则数组大小和阈值都改为之前的两倍。
- 数组是否已经初始化,如果没有则初始化数组和阈值。
- 旧数组不为null,遍历旧数组,将对应位置的链表/树分为成两个链表/数组,一个在原先的位置上,一个在原先的位置+原先数组大小的位置上,将两个链表/树放入新数组的对应位置。
以上是关于java集合HashMap源码解析(基于JDK1.8)的主要内容,如果未能解决你的问题,请参考以下文章
Java 集合系列07--- HashMap详细介绍(源码解析)----新
Java 集合系列10之 HashMap详细介绍(源码解析)和使用示例
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