本文主要有關(guān)HashMap1.8源碼分析

原理和過程

1：HashMap的原理厘肮，內(nèi)部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如何吉懊？

底層使用哈希表(數(shù)組+鏈表)褐澎，當(dāng)鏈表過長(其實(shí)是大于8)的時(shí)候會(huì)將鏈表轉(zhuǎn)換成紅黑樹疮胖，以實(shí)現(xiàn)n log(n) 的查找俯萎，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)Node包括key凉袱，value芥吟，Node,Next指針。
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2：具體過程

• 1：對 Key 求 Hash 值绑蔫，然后再計(jì)算 下標(biāo)运沦。
• 2：如果沒有碰撞，直接放入桶中配深，
• 3：如果碰撞了携添，以鏈表的方式鏈接到后面，
• 4：如果鏈表長度超過閥值（TREEIFY_THRESHOLD == 8）篓叶，就把鏈表轉(zhuǎn)成紅黑樹烈掠。
• 5：如果節(jié)點(diǎn)已經(jīng)存在就替換舊值
• 6：如果桶滿了（容量 * 加載因子）羞秤，就需要 resize。
  • i：在調(diào)用put方法的時(shí)候左敌，底層直接調(diào)用的是putVal方法

源碼分析

    putAll()方法
    putVal(hash(key), key, value, false, true);
    
    hash(key) 方法
    static final int hash(Object key) {
        int h;
        return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
     }

為什么不上直接返回key.hashCode()---這是由jvm決定的瘾蛋，就是key的地址；而是返回key的hashCode 該值的高16位與其低16位異或后的值呢
首先矫限，h是32位的哺哼，而采用以后運(yùn)算得到的0和1是均勻的，因?yàn)槲覀儜?yīng)該盡量使這個(gè)值不同叼风，& | 運(yùn)算都會(huì)偏向0或1取董，如下圖所示
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putVal(.......)方法源碼分析

final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,
               boolean evict) {
    // 其中Node就是K和V的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，一個(gè)內(nèi)部類
    Node<K,V>[] tab; 
    //定義一個(gè)p節(jié)點(diǎn)
    Node<K,V> p; int n, i;
    //table是Node數(shù)組无宿，其默認(rèn)length為16 （2的n次冪茵汰，為什么要這樣呢 有一定道理的，后面解釋）
    if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
    //如果tab為空孽鸡，或者長度為0蹂午，說明map中還沒有存放value
        n = (tab = resize()).length; //此時(shí)需要調(diào)用resize()方法擴(kuò)容，這里是初始化彬碱，這個(gè)方法后面分析
    if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)  
    //說明這個(gè)位置為空豆胸，直接生成一個(gè)K和V的Node節(jié)點(diǎn)，插入即可
         tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
    //為什么 i = (n - 1) & hash呢 而不是直接 hash % n 呢
    //假設(shè)n的值為16巷疼，-1的話為15 ： 000....001111 
     //   hash   :  1010....11010   //所以明顯得到的值的范圍為（0-15）配乱，和%運(yùn)算一樣，                            
        //可效率明顯&高哦皮迟，直接轉(zhuǎn)為2進(jìn)制了

    //該位置有Node了，hash碰撞了桑寨，這時(shí)候有三種處理情況
    //（1）key相同 伏尼，直接替換為新的節(jié)點(diǎn)
    //（2）key不同，用鏈表存儲
    //(3) key不同尉尾，用紅黑樹存儲 
     else {   
        Node<K,V> e; K k;
        //key相同爆阶，直接替換
        if (p.hash == hash &&
            ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
            e = p;
            //紅黑數(shù)方式存儲（需要判斷該節(jié)點(diǎn)是在左邊還是右邊，還要左旋和右旋進(jìn)行調(diào)整）
        else if (p instanceof TreeNode)
            e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
        //鏈表沙咏，尾插法存儲
        else {
            for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
                if ((e = p.next) == null) { //判斷p節(jié)點(diǎn)下一節(jié)點(diǎn)是否為空
                    p.next = newNode(hash, key, value, null);
                    if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st
                        //鏈表轉(zhuǎn)紅黑樹
                        treeifyBin(tab, hash);
                    break;
                }
                if (e.hash == hash &&
                    ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                    break;  //這種情況會(huì)執(zhí)行下面的if（e != null）
                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)  //這個(gè)threshold就是用下判斷是否需要擴(kuò)容的
        resize();
    afterNodeInsertion(evict);
    return null;
}

問題

• 1：HashMap 中 hash 函數(shù)怎么是是實(shí)現(xiàn)的辨图？

  • 1：高 16bit 不變，低 16bit 和高 16bit 做了一個(gè)異或
  • 2：(n - 1） & hash --> 得到下標(biāo)

• 2：數(shù)組每個(gè)位置上的鏈表長度為什么要限制長度呢肢藐？
  如果在某個(gè)位置上發(fā)生過多hash碰撞故河，在put的時(shí)候就會(huì)發(fā)生順延，要從頭到尾比遍歷這個(gè)鏈表吆豹，
  效率低 （put的時(shí)候是尾插法）鱼的，所以在jdk1.8的時(shí)候長度超過8的時(shí)候就轉(zhuǎn)為紅黑樹理盆。
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• 3：怎么減少hash碰撞，盡可能的使數(shù)組位置都用到凑阶？
  i = (n-1) & hash,所以是由n 和 hash控制的猿规，顯然我們能夠操作的是hash，就是通過key的hashCode的高16位和低16異或宙橱。

• 4：為什么n一定要是n的2次冪呢姨俩？
  其實(shí)就是為了保證在計(jì)算i的時(shí)候，在&操作的時(shí)候师郑，（n -1）獲的每一位都為1环葵，此時(shí)i的值才取決有hash。

• 5：HashMap 怎樣解決沖突呕乎，講一下擴(kuò)容過程积担，假如一個(gè)值在原數(shù)組中，現(xiàn)在移動(dòng)了新數(shù)組猬仁，位置肯定改變了帝璧，那是什么定位到在這個(gè)值新數(shù)組中的位置（可看下面擴(kuò)容源碼分析解釋）

  • a：將新節(jié)點(diǎn)加到鏈表后，
  • b：容量擴(kuò)充為原來的兩倍湿刽，然后對每個(gè)節(jié)點(diǎn)重新計(jì)算哈希值的烁。
  • c：這個(gè)值只可能在兩個(gè)地方，一個(gè)是原下標(biāo)的位置诈闺，另一種是在下標(biāo)為 <原下標(biāo)+原容量> 的位置渴庆。

• 6：幾個(gè)參數(shù)意思

    //數(shù)組默認(rèn)的容量：1左移4位  16
    static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; // aka 16
    //最大容量 2的30次冪
    static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;
    //加載因子，用來乘以容量雅镊，算出一個(gè)判斷擴(kuò)容的數(shù)值
    static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;
    //鏈表長度超過這個(gè)長度后轉(zhuǎn)為紅黑樹
    static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8;
    

擴(kuò)容

擴(kuò)容源碼分析：雙倍擴(kuò)容(保證容量為2的n次冪)

final Node<K,V>[] resize() {
    Node<K,V>[] oldTab = table;
    int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length;
    int oldThr = threshold;
    int newCap, newThr = 0;
    if (oldCap > 0) {
 if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) {  //不能再擴(kuò)容了 
            threshold = Integer.MAX_VALUE;
            return oldTab;
        }
        else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY &&
                 oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)
    newThr = oldThr << 1; // 擴(kuò)容后襟雷，這個(gè)閾值也要翻倍
    }
    else if (oldThr > 0) // initial capacity was placed in threshold
        newCap = oldThr;
    else {               // zero initial threshold signifies using defaults
         //oldCap = 0 ,這里就是初始化
        newCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY;
        //這個(gè)數(shù)值是干嘛的呢，就是用來判斷什么時(shí)候開始對這個(gè)數(shù)組進(jìn)行擴(kuò)容仁烹，
        // 容量*加載因子 < 容量
        newThr = (int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY); // 12
    }
    if (newThr == 0) {
        float ft = (float)newCap * loadFactor;
        newThr = (newCap < MAXIMUM_CAPACITY && ft < (float)MAXIMUM_CAPACITY ?
                  (int)ft : Integer.MAX_VALUE);
    }
    threshold = newThr;
    @SuppressWarnings({"rawtypes","unchecked"})
        Node<K,V>[] newTab = (Node<K,V>[])new Node[newCap];  //擴(kuò)容數(shù)組
    table = newTab;
     //擴(kuò)容之后耸弄，之前有的元素位置必須要調(diào)整，進(jìn)行遷移
    if (oldTab != null) {
        //數(shù)組對應(yīng)位置下面沒元素 是鏈表 是紅黑樹
        //開始循環(huán)遍歷數(shù)組
        for (int j = 0; j < oldCap; ++j) {
            Node<K,V> e;
            if ((e = oldTab[j]) != null) {
                oldTab[j] = null;
                if (e.next == null)
                    newTab[e.hash & (newCap - 1)] = e; //得到新的位置
                else if (e instanceof TreeNode) //紅黑樹
                    ((TreeNode<K,V>)e).split(this, newTab, j, oldCap);
                else { // preserve order
                    Node<K,V> loHead = null, loTail = null;
                    Node<K,V> hiHead = null, hiTail = null;
                    Node<K,V> next;
                    do {
                        next = e.next;
                        if ((e.hash & oldCap) == 0) {
                        //e.hash & oldCap 對這個(gè)進(jìn)行分析 加入oldCap = 16
                        //我們之前計(jì)算i的時(shí)候是通過 hash & oldCap -1  (15:01111);
                        //而在擴(kuò)容的時(shí)候 用 hash & oldCap (16:10000)這個(gè)值與0 比較
                        //如果等于0 能說明什么呢 即hash的二級制的倒數(shù)第5位為0
                        //newCap = 32 新的 i = hash & 31 (11111) 會(huì)等于 hash & 15(01111)
                        //即在數(shù)組中的位置沒變
                            if (loTail == null)
                                loHead = e;
                            else
                                loTail.next = e;
                            loTail = e;
                        }
                        else { //不是為0 i的值會(huì)等于  之前的位置 + oldCap
                            if (hiTail == null)
                                hiHead = e;
                            else
                                hiTail.next = e;
                            hiTail = e;
                        }
                    } while ((e = next) != null);
                    if (loTail != null) {
                        loTail.next = null;
                        newTab[j] = loHead;  //巧妙把卓缰，不用重新算了
                    }
                    if (hiTail != null) {
                        hiTail.next = null;
                        newTab[j + oldCap] = hiHead; //巧妙把计呈，看while中的循環(huán)解釋
                    }
                }
            }
        }
    }
    return newTab;
}