HashMap底层数据结构之链表转红黑树的具体时机

Posted 2022-06-14

前言

本文从三个部分去探究HashMap的链表转红黑树的具体时机：

1、从HashMap中有关“链表转红黑树”阈值的声明；
2、【重点】解析HashMap.put(K key, V value)的源码；
3、测试；

一、从HashMap中有关“链表转红黑树”阈值的声明，简单了解HashMap的链表转红黑树的时机

HashMap中有关“链表转红黑树”阈值的声明：

/**
    *  使用红黑树(而不是链表)来存放元素。当向至少具有这么多节点的链表再添加元素时，链表就将转换为红黑树。
    * 该值必须大于2，并且应该至少为8，以便于删除红黑树时转回链表。
    */
    static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8;

    /**
     *  当桶数组容量小于该值时，优先进行扩容，而不是树化：
     */
    static final int MIN_TREEIFY_CAPACITY = 64;

二、【重点】解析HashMap.put(K key, V value)的源码，去弄清楚链表转红黑树的具体时机

　　通过查看HashMap的源码可以发现，它的put(K key, V value)方法调用了putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent, boolean evict)来实现元素的新增。所以我们实际要看的是putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent, boolean evict)的源码。

final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent, boolean evict) 
        Node<K, V>[] tab;
        Node<K, V> p;
        int n, i;
        if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0) 
            n = (tab = resize()).length; 
        if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null) 
            tab[i] = newNode(hash, key, value, null); //直接放在散列表上的节点，并没有特意标识其为头节点，其实它就是"链表/红黑树.index(0)"
        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  //下面的代码是探究“链表转红黑树”的重点：
                for (int binCount = 0;; ++binCount) 
                    if ((e = p.next) == null)  //沿着p节点，找到该桶上的最后一个节点：
                        p.next = newNode(hash, key, value, null); //直接生成新节点，链在最后一个节点的后面；

                        //“binCount >= 7”：p从链表.index(0)开始，当binCount == 7时，p.index == 7,newNode.index == 8； 
                        //也就是说，当链表已经有8个节点了，此时再新链上第9个节点，在成功添加了这个新节点之后，立马做链表转红黑树。
                        if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1)
　　　　　　　　　　　　　　　　treeifyBin(tab, hash); //链表转红黑树 break; 
　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　…… 
　　　　　　　　　　　　p = e; 
　　　　　　　　　　 
　　　　　　  
　　　　　　　…… 
　　　　 
　　　　…… 

通过源码解析，我们已经很清楚HashMap是在“当链表已经有8个节点了，此时再新链上第9个节点，在成功添加了这个新节点之后，立马做链表转红黑树”。

三、通过debug，进一步理解链表转红黑树的具体时机

　　1. 自定义一个类：该类中去重写hashCode()，让一组数据能得到同样的哈希值，从而实现哈希碰撞。同时也重写equals()方法。

public class A03Bean 
    protected int number;

    public A03Bean(int number) 
        this.number = number;
    

    /**
     * 重写hashCode()方法，只要是4的倍数，最后算出的哈希值都会是0.
     */
    @Override
    public int hashCode() 
        return number % 4;
    

    /**
     * 也必须重写equals()方法。当发生哈希冲突的时候，需要调用equals()方法比较两个对象的实际内容是否相同。
     */
    @Override
    public boolean equals(Object obj) 
        if (this == obj)
            return true;
        if (obj == null)
            return false;
        if (getClass() != obj.getClass())
            return false;
        A03Bean other = (A03Bean) obj;
        if (number != other.number)
            return false;
        return true;
    

2. 将自定义类A03Bean的实例放到HashMap中：

public class A03Method_TreeifyBin2 
    public static void main(String[] args) 
        HashMap<A03Bean, Integer> hashMap = new HashMap<>();
        hashMap.put(new A03Bean(4), 0);
        hashMap.put(new A03Bean(8), 1);
        hashMap.put(new A03Bean(12), 2);
        hashMap.put(new A03Bean(16), 3);
        hashMap.put(new A03Bean(20), 4);
        hashMap.put(new A03Bean(24), 5);
        hashMap.put(new A03Bean(28), 6);
        hashMap.put(new A03Bean(32), 7);
        hashMap.put(new A03Bean(36), 8);
        hashMap.put(new A03Bean(40), 9);
        hashMap.put(new A03Bean(44), 10);

        System.out.println("hashMap.size = " + hashMap.size());

        //查看是否所有对象都放到HashMap中了：
        for(A03Bean key : hashMap.keySet()) 
            System.out.println(key.number);
        
    

3.debug，断点查看当同一个桶上的链表的长度达到多长时会做“链表转红黑树”的操作。

　　　　断点打在HashMap.putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent, boolean evict)方法的“treeifyBin(tab, hash);”这里。

4.测试结果：

　　　　当put进第9个元素（hashMap.put(new A03Bean(36), 8);）时，HashMap做了链表转红黑树的操作。

　　　　也就是说：当链表已经有8个元素了，此时put进第9个元素，先完成第9个元素的put，然后立刻做链表转红黑树。这个结论和第2点中得到的结论一致。

　　　　最后的输出结果也证明了所有的元素都成功put进了集合中，hashMap.size等于11。

　　到这里，有关“HashMap的链表转红黑树的具体时机”算是解释清楚了，有时间再探究“HashMap的红黑树转回链表的具体时机”。