HashMap概述
hashMap是在Java中經(jīng)常使用的一個類，繼承自AbstractMap類實現(xiàn)了map接口慈俯，在jdk1.8中對hashMap進(jìn)行了一次結(jié)構(gòu)上的變動渤刃，以下是基于jdk1.8的hashMap的源碼閱讀及與1.7的比較。
HashMap的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
上圖為hashmap的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)圖贴膘，hashMap本質(zhì)上是一個數(shù)組卖子，而每個數(shù)組元素是一個鏈表，當(dāng)鍵值對存入hashMap時會根據(jù)他的key的hashcode來計算它存放在數(shù)組位置的下標(biāo)刑峡，如果該數(shù)組位置已經(jīng)存在元素（即發(fā)生了hash碰撞）就使用鏈表來解決沖突洋闽。
在jdk1.8中，當(dāng)沖突元素過多導(dǎo)致鏈表過長時會將鏈表轉(zhuǎn)換為紅黑樹來提高性能突梦。
重要屬性
//初始容量16
static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; // aka 16
//最大容量
static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;
//默認(rèn)負(fù)載因子 負(fù)載因子*容量 = 擴(kuò)容閾值
static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;
// 紅黑樹閾值诫舅，當(dāng)單鏈表的節(jié)點長度超過閾值時使用紅黑樹來存儲
static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8;
//當(dāng)進(jìn)行resize操作時導(dǎo)致樹的節(jié)點數(shù)過少將樹轉(zhuǎn)換回鏈表的閾值。
static final int UNTREEIFY_THRESHOLD = 6;
//紅黑樹轉(zhuǎn)換的數(shù)組長度閾值宫患，當(dāng)數(shù)組長度小于64時不進(jìn)行紅黑樹轉(zhuǎn)換而是擴(kuò)容
static final int MIN_TREEIFY_CAPACITY = 64;
//這個即為hash表數(shù)組刊懈，它的長度即為hashmap的容量，他的長度總為2的次冪
transient Node<K,V>[] table;
//存放具體元素的集
transient Set<Map.Entry<K,V>> entrySet;
//存放的鍵值對的數(shù)量娃闲，并不是容量
transient int size;
//hashmap的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化的次數(shù)虚汛，用于快速失敗處理
transient int modCount;
//resize的閾值
int threshold;
//負(fù)載因子
final float loadFactor;
構(gòu)造方法
hashMap的構(gòu)造方法比較簡單，舉一例細(xì)說即可
public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {
if (initialCapacity < 0)
throw new IllegalArgumentException("Illegal initial capacity: " +
initialCapacity);
if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY)
initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY;
if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor))
throw new IllegalArgumentException("Illegal load factor: " +
loadFactor);
this.loadFactor = loadFactor;
//tableSizeFor()方法通過一系列無符號右移和或運算找到大于initialCapacity的最小2的次冪的數(shù)
this.threshold = tableSizeFor(initialCapacity);
}
重要方法
1皇帮、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;
//表為空
if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
n = (tab = resize()).length;
//該hash位沒有元素
if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
else { //該hash位已經(jīng)存在元素的情況
Node<K,V> e; K k;
//比較第一個元素卷哩，hash值和equal都相等，保存在e中進(jìn)行記錄
if (p.hash == hash &&
((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
e = p;
//該位置是紅黑樹属拾，進(jìn)行紅黑樹節(jié)點的添加
else if (p instanceof TreeNode)
e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
else {
for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
//到達(dá)鏈表底部殉疼，新建節(jié)點
if ((e = p.next) == null) {
p.next = newNode(hash, key, value, null);
//新建節(jié)點后導(dǎo)致該鏈表過長，轉(zhuǎn)樹
if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st
treeifyBin(tab, hash);
break;
}
//在本鏈表中找到了key和hash都相等的節(jié)點
if (e.hash == hash &&
((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
break;
//結(jié)合e=p->next來進(jìn)行鏈表的遍歷
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結(jié)構(gòu)修改次數(shù)+1
++modCount;
//新增節(jié)點之后判斷是否要擴(kuò)容
//注意０颇辍Ｆ澳取！此處與jdk1.7不同礼预，jdk1.7中進(jìn)行resize操作是要求size>threshold且該hashmap的
//每個位置都不能為null眠砾，也就是說每個位置都至少存在一個元素才會擴(kuò)容，因此在1.7中進(jìn)行調(diào)
//試的時候會發(fā)現(xiàn)鍵值對的數(shù)量明明超過了閾值但是并沒有進(jìn)行擴(kuò)容的現(xiàn)象托酸。在1.8中不存在這種
//情況只要超過了閾值就會進(jìn)行擴(kuò)容褒颈。
if (++size > threshold)
resize();
afterNodeInsertion(evict);
return null;
}
hashMap的put方法實際上是調(diào)用這個putVal()方法來實現(xiàn)的，基本的放入過程已經(jīng)在注釋中解釋了励堡，注意這里在jdk1.7和jdk1.8中的區(qū)別有兩個：
一谷丸、在jdk1.7中進(jìn)行resize操作是要求size>threshold且該hashmap的每個位置都不能為null，也就是說每個位置都至少存在一個元素才會擴(kuò)容应结，我曾經(jīng)在jdk1.7時調(diào)試過以下代碼發(fā)現(xiàn)put的數(shù)量超過12（即默認(rèn)容量和負(fù)載因子時的閾值）時并不進(jìn)行擴(kuò)容
Map<Integer, Integer> map = new HashMap<>(16,1.2F);
for(int i = 0; i<14 ;i++){
map.put(i, i);
}
System.out.println(map.size());
但是在1.8中是正常擴(kuò)容的刨疼，因為上面的源碼并沒有進(jìn)行全部不為null的判斷泉唁。二、從上面的源碼顯然可以看出當(dāng)插入的位置已經(jīng)有值時揩慕，變成鏈表或樹的時候新插入的值總是在鏈表的結(jié)尾處亭畜，而在jdk1.7中正好相反，會在鏈表的頭部進(jìn)行插入
2迎卤、resize方法
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) {
//達(dá)到極限無法擴(kuò)容只能將閾值調(diào)到極限
if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) {
threshold = Integer.MAX_VALUE;
return oldTab;
}
else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY &&
oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)
newThr = oldThr << 1; // double threshold
}
//舊容量小于等于0但閾值大于0拴鸵，將新容量設(shè)置為舊的閾值
else if (oldThr > 0) // initial capacity was placed in threshold
newCap = oldThr;
//舊容量和閾值都小于0 ，使用默認(rèn)值初始化鏈表
else { // zero initial threshold signifies using defaults
newCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY;
newThr = (int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY);
}
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];
table = newTab;
if (oldTab != null) {
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;
else if (e instanceof TreeNode)
((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) {
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) {
loTail.next = null;
newTab[j] = loHead;
}
if (hiTail != null) {
hiTail.next = null;
newTab[j + oldCap] = hiHead;
}
}
}
}
}
return newTab;
}
由上可見進(jìn)行resize操作是一件非常麻煩的事情蜗搔，需要對每一個元素進(jìn)行hash重計算劲藐，所以需要盡量避免進(jìn)行resize操作，具體的避免方法為在創(chuàng)建hashmap之前對將要存放進(jìn)入的鍵值對數(shù)量進(jìn)行估計樟凄，設(shè)計好適合的初始容量和負(fù)載因子聘芜，避免發(fā)生resize操作。
HashMap的思考
在hashmap的源碼中我一直找不到將hashmap進(jìn)行縮容的操作不同，試想一下這種情況：我的hashmap很長時間都在我設(shè)計的容量和負(fù)載因子下很好的工作，只有一天來了大量的鍵值對需要存入溶耘，而且過了這天這些鍵值對就會被remove掉二拐，而且很長一段時間之后才會再有這么多鍵值對進(jìn)入，這個時候由于進(jìn)行擴(kuò)容了導(dǎo)致此hashmap有大量的空位置凳兵，而這些位置又是很長時間不會有值進(jìn)入就會導(dǎo)致大量的空間被浪費百新。如果hashmap能夠提供手動的縮容操作則可以避免這種情況。
