HashMap 1.8 核心源码分析
发布日期:2021-08-14 18:04:34 浏览次数:5 分类:技术文章

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HashMap 1.8

hashmap构造函数

//最大容量 2的30次方    static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;    //默认的加载因子    static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;​    //哈希桶,存放链表。 长度是2的N次方,或者初始化时为0.    transient Node
[] table;​ //加载因子,用于计算哈希表元素数量的阈值。 threshold = 哈希桶.length * loadFactor; final float loadFactor; //哈希表内元素数量的阈值,当哈希表内元素数量超过阈值时,会发生扩容resize()。 int threshold;​ public HashMap() { //默认构造函数,赋值加载因子为默认的0.75f this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR; // all other fields defaulted } public HashMap(int initialCapacity) { //指定初始化容量的构造函数 this(initialCapacity, DEFAULT_LOAD_FACTOR); } //同时指定初始化容量 以及 加载因子, 用的很少,一般不会修改loadFactor public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) { //边界处理 if (initialCapacity < 0) throw new IllegalArgumentException("Illegal initial capacity: " + initialCapacity); //初始容量最大不能超过2的30次方 if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY) initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY; //显然加载因子不能为负数 if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor)) throw new IllegalArgumentException("Illegal load factor: " + loadFactor); this.loadFactor = loadFactor; //设置阈值为 =初始化容量的 2的n次方的值 this.threshold = tableSizeFor(initialCapacity); } //新建一个哈希表,同时将另一个map m 里的所有元素加入表中 public HashMap(Map
m) { this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR; putMapEntries(m, false); }

 

hashmap的hash算法

扰动函数就是为了解决hash碰撞的。它会综合hash值高位和低位的特征,并存放在低位,因此在与运算时,相当于高低位一起参与了运算,以减少hash碰撞的概率。(在JDK8之前,扰动函数会扰动四次,JDK8简化了这个操作)

//通过key的hashCode的高16位与低16位做异或运算,相同为0,不同为1,目的是为了得到更离散的hash值,在后面会对数组长度减1做与运算。static final int hash(Object key) {        int h;        return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);    }

 

hashmap的put方法

//1 判断Node数组是否初始化,如果没有就调用resize()方法初始化if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)            n = (tab = resize()).length;//2 对当前key应该处于数组中的哪个下标,方法是用当前node数组的长度减1对key的hash进行与运算,如果数组当前下标为空,则直接放置新的nodeif ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)            tab[i] = newNode(hash, key, value, null);//3 如果数组当前下标不为空,则说明产生了hash碰撞else {            Node
e; K k; //4 如果节点key存在,则直接覆盖value if (p.hash == hash && ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) e = p; //5 判断该链p是否是红黑树,如果是红黑树,则直接在树中插入键值对,否则转向下面 else if (p instanceof TreeNode) e = ((TreeNode
)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value); //6 该链为链表遍历p,判断链表长度是否大于8,如果大于8的话把链表转换为红黑树,在红黑树中执行插入操作,否则进行链表的插入操作 else { for (int binCount = 0; ; ++binCount) { if ((e = p.next) == null) { p.next = newNode(hash, key, value, null); //7 链表长度大于8转换为红黑树进行处理 if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st treeifyBin(tab, hash); break; } //8 遍历过程中若发现key已经存在直接覆盖value即可 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; } }

 

hashmap扩容方法

final Node
[] resize() { //oldTab 为当前表的哈希桶 Node
[] oldTab = table; //当前哈希桶的容量 length int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length; //当前的阈值 int oldThr = threshold; //初始化新的容量和阈值为0 int newCap, newThr = 0; //如果当前容量大于0 if (oldCap > 0) { //如果当前容量已经到达上限 if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) { //则设置阈值是2的31次方-1 threshold = Integer.MAX_VALUE; //同时返回当前的哈希桶,不再扩容 return oldTab; }//否则新的容量为旧的容量的两倍。 else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY && oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)//如果旧的容量大于等于默认初始容量16 //那么新的阈值也等于旧的阈值的两倍 newThr = oldThr << 1; // double threshold }//如果当前表是空的,但是有阈值。代表是初始化时指定了容量、阈值的情况 else if (oldThr > 0) // initial capacity was placed in threshold newCap = oldThr;//那么新表的容量就等于旧的阈值 else {}//如果当前表是空的,而且也没有阈值。代表是初始化时没有任何容量/阈值参数的情况 // zero initial threshold signifies using defaults newCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY;//此时新表的容量为默认的容量 16 newThr = (int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY);//新的阈值为默认容量16 * 默认加载因子0.75f = 12 } if (newThr == 0) {
//如果新的阈值是0,对应的是 当前表是空的,但是有阈值的情况 float ft = (float)newCap * loadFactor;//根据新表容量 和 加载因子 求出新的阈值 //进行越界修复 newThr = (newCap < MAXIMUM_CAPACITY && ft < (float)MAXIMUM_CAPACITY ? (int)ft : Integer.MAX_VALUE); } //更新阈值 threshold = newThr; @SuppressWarnings({
"rawtypes","unchecked"}) //根据新的容量 构建新的哈希桶 Node
[] newTab = (Node
[])new Node[newCap]; //更新哈希桶引用 table = newTab; //如果以前的哈希桶中有元素 //下面开始将当前哈希桶中的所有节点转移到新的哈希桶中 if (oldTab != null) { //遍历老的哈希桶 for (int j = 0; j < oldCap; ++j) { //取出当前的节点 e Node
e; //如果当前桶中有元素,则将链表赋值给e if ((e = oldTab[j]) != null) { //将原哈希桶置空以便GC oldTab[j] = null; //如果当前链表中就一个元素,(没有发生哈希碰撞) if (e.next == null) //直接将这个元素放置在新的哈希桶里。 //注意这里取下标 是用 哈希值 与 桶的长度-1 。 由于桶的长度是2的n次方,这么做其实是等于 一个模运算。但是效率更高 newTab[e.hash & (newCap - 1)] = e; //如果发生过哈希碰撞 ,而且是节点数超过8个,转化成了红黑树(暂且不谈 避免过于复杂, 后续专门研究一下红黑树) else if (e instanceof TreeNode) ((TreeNode
)e).split(this, newTab, j, oldCap); //如果发生过哈希碰撞,节点数小于8个。则要根据链表上每个节点的哈希值,依次放入新哈希桶对应下标位置。 else { // preserve order //因为扩容是容量翻倍,所以原链表上的每个节点,现在可能存放在原来的下标,即low位, 或者扩容后的下标,即high位。 high位= low位+原哈希桶容量 //低位链表的头结点、尾节点 Node
loHead = null, loTail = null; //高位链表的头节点、尾节点 Node
hiHead = null, hiTail = null; Node
next;//临时节点 存放e的下一个节点 do { next = e.next; //这里又是一个利用位运算 代替常规运算的高效点: 利用哈希值 与 旧的容量,可以得到哈希值去模后,是大于等于oldCap还是小于oldCap,等于0代表小于oldCap,应该存放在低位,否则存放在高位 if ((e.hash & oldCap) == 0) { //给头尾节点指针赋值 if (loTail == null) loHead = e; else loTail.next = e; loTail = e; }//高位也是相同的逻辑 else { if (hiTail == null) hiHead = e; else hiTail.next = e; hiTail = e; }//循环直到链表结束 } while ((e = next) != null); //将低位链表存放在原index处, if (loTail != null) { loTail.next = null; newTab[j] = loHead; } //将高位链表存放在新index处 if (hiTail != null) { hiTail.next = null; newTab[j + oldCap] = hiHead; } } } } } return newTab; }

 

链表的Node属性

static class Node
implements Map.Entry
{ final int hash;//哈希值 final K key;//key V value;//value Node
next;//链表后置节点​ Node(int hash, K key, V value, Node
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; }​ //每一个节点的hash值,是将key的hashCode 和 value的hashCode 亦或得到的。 public final int hashCode() { return Objects.hashCode(key) ^ Objects.hashCode(value); } //设置新的value 同时返回旧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; } }

 

与HashTable的区别

  • 与之相比HashTable线程安全的,且不允许key、value是null

  • HashTable默认容量是11

  • HashTable直接使用keyhashCode(key.hashCode())作为hash,不像HashMap内部使用static final int hash(Object key)扰动函数对key的hashCode进行扰动后作为hash值

  • HashTable取哈希桶下标是直接用模运算%.(因为其默认容量也不是2的n次方。所以也无法用位运算替代模运算)

  • 扩容时,新容量是原来的2倍+1int newCapacity = (oldCapacity << 1) + 1;

  • HashtableDictionary的子类同时也实现了Map接口,HashMapMap接口的一个实现类;

 

小结:

  • 运算尽量都用位运算代替,更高效。

  • 对于扩容导致需要新建数组存放更多元素时,除了要将老数组中的元素迁移过来,也记得将老数组中的引用置null,以便GC

  • 取下标 是用 哈希值 与运算 (桶的长度-1) i = (n - 1) & hash。 由于桶的长度是2的n次方,这么做其实是等于 一个模运算。但是效率更高

  • 扩容时,如果发生过哈希碰撞,节点数小于8个。则要根据链表上每个节点的哈希值,依次放入新哈希桶对应下标位置。

  • 因为扩容是容量翻倍,所以原链表上的每个节点,现在可能存放在原来的下标,即low位, 或者扩容后的下标,即high位。 high位= low位+原哈希桶容量

  • 利用哈希值 与运算 旧的容量 ,if ((e.hash & oldCap) == 0),可以得到哈希值去模后,是大于等于oldCap还是小于oldCap,等于0代表小于oldCap,应该存放在低位,否则存放在高位。这里又是一个利用位运算 代替常规运算的高效点

  • 如果追加节点后,链表数量>=8,则转化为红黑树

  • 插入节点操作时,有一些空实现的函数,用作LinkedHashMap重写使用。

转载于:https://www.cnblogs.com/lezon1995/p/11219598.html

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