jdk1.8 HashMap 实现 数组+链表/红黑树

Posted 2020-08-09 todayjust

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一、前言

　　在分析jdk1.8后的HashMap源码时，发现网上好多分析都是基于之前的jdk，而Java8的HashMap对之前做了较大的优化，其中最重要的一个优化就是桶中的元素不再唯一按照链表组合，也可以使用红黑树进行存储，总之，目标只有一个，那就是在安全和功能性完备的情况下让其速度更快，提升性能。好~下面就开始分析源码。

二、HashMap数据结构

　　

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

　　说明：上图很形象的展示了HashMap的数据结构（数组+链表+红黑树），桶中的结构可能是链表，也可能是红黑树，红黑树的引入是为了提高效率。所以可见，在分析源码的时候我们不知不觉就温习了数据结构的知识点，一举两得。

三、HashMap源码分析

　　3.1 类的继承关系　

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

　　可以看到HashMap继承自父类（AbstractMap），实现了Map、Cloneable、Serializable接口。其中，Map接口定义了一组通用的操作；Cloneable接口则表示可以进行拷贝，在HashMap中，实现的是浅层次拷贝，即对拷贝对象的改变会影响被拷贝的对象；Serializable接口表示HashMap实现了序列化，即可以将HashMap对象保存至本地，之后可以恢复状态。

　　3.2 类的属性　

 

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　　说明：类的数据成员很重要，以上也解释得很详细了，其中有一个参数MIN_TREEIFY_CAPACITY，笔者暂时还不是太清楚，有读者知道的话欢迎指导。

　　3.3 类的构造函数

　　1. HashMap(int, float)型构造函数

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　　说明：tableSizeFor(initialCapacity)返回大于initialCapacity的最小的二次幂数值。

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　　说明：>>> 操作符表示无符号右移，高位取0。

　　2. HashMap(int)型构造函数。

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　　3. HashMap()型构造函数。

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　　4. HashMap(Map<? extends K>)型构造函数。

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　　说明：putMapEntries(Map<? extends K, ? extends V> m, boolean evict)函数将m的所有元素存入本HashMap实例中。　

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　　3.4 重要函数分析

　　1. putVal函数　　

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　　说明：HashMap并没有直接提供putVal接口给用户调用，而是提供的put函数，而put函数就是通过putVal来插入元素的。

　　2. getNode函数

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　　说明：HashMap并没有直接提供getNode接口给用户调用，而是提供的get函数，而get函数就是通过getNode来取得元素的。

　　3. resize函数　　

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　　说明：进行扩容，会伴随着一次重新hash分配，并且会遍历hash表中所有的元素，是非常耗时的。在编写程序中，要尽量避免resize。

　　在resize前和resize后的元素布局如下

　　说明：上图只是针对了数组下标为2的桶中的各个元素在扩容后的分配布局，其他各个桶中的元素布局可以以此类推。

四、针对HashMap的思考

　　4.1. 关于扩容的思考

　　从putVal源代码中我们可以知道，当插入一个元素的时候size就加1，若size大于threshold的时候，就会进行扩容。假设我们的capacity大小为32，loadFator为0.75,则threshold为24 = 32 * 0.75，此时，插入了25个元素，并且插入的这25个元素都在同一个桶中，桶中的数据结构为红黑树，则还有31个桶是空的，也会进行扩容处理，其实，此时，还有31个桶是空的，好像似乎不需要进行扩容处理，但是是需要扩容处理的，因为此时我们的capacity大小可能不适当。我们前面知道，扩容处理会遍历所有的元素，时间复杂度很高；前面我们还知道，经过一次扩容处理后，元素会更加均匀的分布在各个桶中，会提升访问效率。所以，说尽量避免进行扩容处理，也就意味着，遍历元素所带来的坏处大于元素在桶中均匀分布所带来的好处。如果有读者有不同意见，也欢迎讨论~