HashMap源码分析

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篇首语:本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理,主要介绍了HashMap源码分析相关的知识,希望对你有一定的参考价值。

在java jdk8中对HashMap的源码进行了优化,在jdk7中,HashMap处理“碰撞”的时候,都是采用链表来存储,当碰撞的结点很多时,查询时间是O(n)。

在jdk8中,HashMap处理“碰撞”增加了红黑树这种数据结构,当碰撞结点较少时,采用链表存储,当较大时,采用红黑树(特点是查询时间是O(logn))存储(有一个阀值控制,大于阀值,将链表存储转换成红黑树存储)

HashMap的样子就变成下图的样子:

 

下面对源码进行分析:

public class HashMap<K,V> extends AbstractMap<K,V> implements Map<K,V>, Cloneable, Serializable

由HashMap的类声明中,可知继承自AbstractMap抽象类,实现Map、Cloneable、Serializable接口。

public abstract class AbstractMap<K,V> implements Map<K,V>

AbstractMap抽象类实现Map接口。

 

观察常量:

static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4;

默认table初始容量16

 

static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;

table最大容量2的30次方

 

static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;

默认负载因子0.75

 

static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8;

结点冲突数达到8时,就会对hash表进行调整,如果table容量小于64,那么会进行table扩容,如果不小于64,那么会将冲突数达8那个单链表调整为红黑树

 

static final int UNTREEIFY_THRESHOLD = 6;

如果原先是红黑树的,resize后冲突结点数少于6了,就把红黑色恢复成单链表

 

static final int MIN_TREEIFY_CAPACITY = 64;

如果table的容量少于64,那么即使冲突结点数达到TREEIFY_THRESHOLD后不会把该单链表调整成红黑数,而是将table扩容

 

Node静态类是HashMap中单链表的结点:

不难理解,就不详细讲了

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;
        }

        public final K getKey()        { return key; }
        public final V getValue()      { return value; }
        public final String toString() { return key + "=" + value; }

        public final int hashCode() {
            return Objects.hashCode(key) ^ Objects.hashCode(value);
        }

        public final V setValue(V newValue) {
            V oldValue = value;
            value = newValue;
            return oldValue;
        }

        public final boolean equals(Object o) {
            if (o == this)
                return true;
            if (o instanceof Map.Entry) {
                Map.Entry<?,?> e = (Map.Entry<?,?>)o;
                if (Objects.equals(key, e.getKey()) &&
                    Objects.equals(value, e.getValue()))
                    return true;
            }
            return false;
        }
    }

 

四个构造方法:

public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor)

指定初始容量和负载因子

public HashMap(int initialCapacity)

指定初始容量,使用默认负载因子0.75

public HashMap()

使用默认初始容量16,默认负载因子0.75

public HashMap(Map<? extends K, ? extends V> m)

 

将一对Key-Value加入HashMap中

public V put(K key, V value) {
   //第四个参数是onlyIfAbsent,表示当找到同key的键值对,是否更新value的值,false是更   //新,第五个参数是evict,在afterNodeInsertion方法中使用,但这个函数是空函数
return putVal(hash(key), key, value, false, true); }

实际调用putVal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;
    //如果table为空或者未分配空间,则resize,放入第一个K-V时总是先resize
if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0) n = (tab = resize()).length;
    //(n-1)&hash计算K-V存的table位置,如果首节点为null,代表该位置还没放入过结点
if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
        //调用newNode新建一个结点放入该位置 tab[i]
= newNode(hash, key, value, null); else {//到这里,表示有冲突,开始处理冲突 Node<K,V> e; K k;
       //这时候p是指向table[i]的首个Node,判断table[i]是否与待插入节点有相同的
       //hash,key值,如果是则e=p
       
if (p.hash == hash && ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) e = p;
       //到这里说明table[i]的第一个Node与待插入Node的hash或key不同,那么要在
       //这个节点之后的链表节点或者树节点中查找
       else if (p instanceof TreeNode)//如果之后是树节点,使用树节点的插入方法
                         //插入成功后e等于null e
= ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value); else {//说明之后是链表节点 for (int binCount = 0; ; ++binCount) {//逐个向后查找                  
            
if ((e = p.next) == null) {//如果下一个节点是null,表示没有找到                          
                            //同hash或同key的节点 p.next
= newNode(hash, key, value, null);//新建一个节点
                                  //放在链表的最后
             //如果冲突的节点数已经达到8个,看是否需要改变冲突节点的存储结构,             
             //treeifyBin首先判断当前hashMap的长度,如果不足64,只进行
//resize,扩容table,如果达到64,那么将冲突的存储结构为红黑树
              
if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st treeifyBin(tab, hash); break; }//如果找到同hash或同key的节点,那么直接退出循环,
             //此时e等于冲突Node
if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) break; p = e;//调整p节点,以继续查找 } }
       //退出循环后,先判断e是否为null,为null表示已经插入成功,不为null表示有冲突
if (e != null) { // existing mapping for key V oldValue = e.value;//保存旧冲突点的value if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
         //判断是否需要修改value的值,默认是修改,如果旧冲突点value是null,一定          
          //是修改的 e.value
= value; afterNodeAccess(e);//空函数 return oldValue; } } ++modCount;//当插入了新节点才会运行到这里,HashMap结构调整次数+1 if (++size > threshold)//如果HashMap插入新节点后大于threshold,进行扩容 resize(); afterNodeInsertion(evict);//空函数 return null; }

 

resize方法
final Node<K,V>[] resize() {
        Node<K,V>[] oldTab = table;  //将原hash表赋值给oldTab临时变量
        int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length;//原hash表容量赋值给
                         //oldCap,如果第一次resize,oldCap为0
int oldThr = threshold;//原扩容阀值赋给oldThr临时变量 int newCap, newThr = 0; if (oldCap > 0) {//如果不是第一次resize if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) {//如果原table容量已经达到最大值 threshold = Integer.MAX_VALUE; return oldTab;//无法继续扩容,只能返回原table } else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY && oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)//扩容将原容量*2 newThr = oldThr << 1; // double threshold,新扩容阀值*2 }
    //原容量为0,但原阀值不为0,那么新容量为原阀值
else if (oldThr > 0) // initial capacity was placed in threshold newCap = oldThr;
    //如果原容量和原阀值都为0,用默认值进行初始化
else { // zero initial threshold signifies using defaults newCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY; newThr = (int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY); } if (newThr == 0) {//如果新阀值为0 float ft = (float)newCap * loadFactor;//临时变量存储计算出的新阀值 newThr = (newCap < MAXIMUM_CAPACITY && ft < (float)MAXIMUM_CAPACITY ? (int)ft : Integer.MAX_VALUE);//重新设置新阀值 } threshold = newThr;//阀值被重新赋值 @SuppressWarnings({"rawtypes","unchecked"})
     //使用新容量创建一个新hash表 Node
<K,V>[] newTab = (Node<K,V>[])new Node[newCap]; table = newTab;//旧hash表被新创建的表替换 if (oldTab != null) {//如果旧hash表不为null for (int j = 0; j < oldCap; ++j) {//遍历旧hash表,目的是重新分配所有
                          //结点到新hash表中 Node
<K,V> e; if ((e = oldTab[j]) != null) {//如果oldTab[j]不为null,取出第一个                           //结点赋值给e oldTab[j] = null;//oldTab[j]赋值为null if (e.next == null)//如果只有一个结点,表示之前没有碰撞 newTab[e.hash & (newCap - 1)] = e;//把该结点存入新表 else if (e instanceof TreeNode)//如果e是树结点,表示要移动一棵                              //树
              //调整这棵树 ((TreeNode
<K,V>)e).split(this, newTab, j, oldCap); else { //到这里表示e后面带着个单链表,需要遍历单链表,将每个结点重                //新计算在新表的位置,并进行搬运 Node<K,V> loHead = null, loTail = null; Node<K,V> hiHead = null, hiTail = null; Node<K,V> next; do { next = e.next;//记录下一个结点
              //新表是旧表的两倍容量,实例上就把单链表拆分为两队,
              //e.hash&oldCap为偶数一队,e.hash&oldCap为奇数一对
                
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) {//lo队不为null,放在新表原位置 loTail.next = null; newTab[j] = loHead; } if (hiTail != null) {//hi队不为null,放在新表j+oldCap位置 hiTail.next = null; newTab[j + oldCap] = hiHead; } } } } } return newTab;//返回调整好的新表 }

 

treeifBin方法是冲突结点达到8个,判断是要进行扩容还是链表转换成红黑色

final void treeifyBin(Node<K,V>[] tab, int hash) {
        int n, index; Node<K,V> e;
    //table长度还未达到64,仅对table resize扩容
if (tab == null || (n = tab.length) < MIN_TREEIFY_CAPACITY) resize();
    //否则要将单链表转换成红黑树
else if ((e = tab[index = (n - 1) & hash]) != null) { TreeNode<K,V> hd = null, tl = null; do {//该循环将单链表的结点替换成TreeNode树结点,并构建双向链表,为构建红黑          //树作准备 TreeNode<K,V> p = replacementTreeNode(e, null); if (tl == null) hd = p; else { p.prev = tl; tl.next = p; } tl = p; } while ((e = e.next) != null); if ((tab[index] = hd) != null) hd.treeify(tab);//转换成红黑树 } }

 

如果想了解Java 8 的HashMap对比Java 7的HashMap,性能提升,请看http://it.deepinmind.com/%E6%80%A7%E8%83%BD/2014/04/24/hashmap-performance-in-java-8.html

以上是关于HashMap源码分析的主要内容,如果未能解决你的问题,请参考以下文章

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