HashMap实现详解 基于JDK1.8

Posted 2021-02-12 bosslv

HashMap实现详解 基于JDK1.8

1.数据结构

散列表:是一种根据关键码值(Key value)而直接进行访问的数据结构。采用链地址法处理冲突。
HashMap采用Node<K,V>数组作为散列表来存储数据。源码声明如下：

/**
    * The table, initialized on first use, and resized as
    * necessary. When allocated, length is always a power of two.
    * (We also tolerate length zero in some operations to allow
    * bootstrapping mechanics that are currently not needed.)
    */
transient Node<K,V>[] table;

Node<K,V>节点的源码如下，可见Node<K,V>有四个成员。

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;
    }

    // 其余方法省略
}

散列函数：HashMap的散列函数很简单，i = (n - 1) & hash，将hash值与Node<K,V>数组的大小n通过&运算即得到在Node<K,V>数组中的位置i。

2.关键变量

有几个关键的变量需要事先理解，源码定义如下:

/**
    * The default initial capacity - MUST be a power of two.
    */
static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; // aka 16
// 这一步位移运算，得到结果16，作为Node<K,V>数组的初始大小，每次扩容都为原先的2倍。

/**
    * The load factor used when none specified in constructor.
    */
static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;
// 又称负载因子，定义了扩容的时机，默认为存储元素达到了16*75%时就要进行扩容。

static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8;
// 因为采用链地址法处理冲突，当链表过长时，HashMap性能会下降，因此当链表的长度超过8时，会将链表转换为红黑树进行优化。

static final int UNTREEIFY_THRESHOLD = 6;
// 在哈希表扩容时，如果发现链表长度小于 6，则会由树重新退化为链表。

static final int MIN_TREEIFY_CAPACITY = 64;
// 只有存储数量大于 64 才会发生转换。这是为了避免在哈希表建立初期，多个键值对恰好被放入了同一个链表中而导致不必要的转化。

3.put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;
    // 判断散列表是否为空，若是，则进行初始化
    if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
        n = (tab = resize()).length;
    // 判断散列表位置是否冲突，若否，直接存储
    if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
        tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
    // 处理冲突
    else {
        Node<K,V> e; K k;
        if (p.hash == hash &&
            ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
            e = p;
        else if (p instanceof TreeNode)
            e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
        else {
            for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
                if ((e = p.next) == null) {
                    p.next = newNode(hash, key, value, null);
                    if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st
                        treeifyBin(tab, hash);
                    break;
                }
                if (e.hash == hash &&
                    ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                    break;
                p = e;
            }
        }
        if (e != null) { // existing mapping for key
            V oldValue = e.value;
            if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
                e.value = value;
            afterNodeAccess(e);
            return oldValue;
        }
    }
    ++modCount;
    if (++size > threshold)
        resize();
    afterNodeInsertion(evict);
    return null;
}

put流程图

put流程总结：
1.根据Key计算hash，得到散列地址
2.若散列表大小为0，则初始化大小为16
3.若散列地址无冲突，则直接存储。若有冲突，则将元素存入链表或红黑树
4.当链表长度大于8，且总元素个数大于64时，将链表转换为红黑树
5.当总元素个数达到Capacity的75%时，将散列表扩容为2倍