HashMap源碼分析

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

  • 在 JDK1.8 中丧鸯,HashMap 是由 數(shù)組+鏈表+紅黑樹構(gòu)成(JDK1.7是數(shù)組+鏈表)
  • HashMap中一些重要成員變量
# 初始化容量
static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4;
# 最大容量
static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;
# 默認(rèn)負(fù)載因子
static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;
# 鏈表轉(zhuǎn)紅黑樹閾值
static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8;
# 紅黑樹轉(zhuǎn)鏈表閾值
static final int UNTREEIFY_THRESHOLD = 6;
# 鏈表轉(zhuǎn)紅黑樹Hash表的最小容量閾值
static final int MIN_TREEIFY_CAPACITY = 64;
  • HashMap的內(nèi)部類Node
static class Node<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
        final int hash;
        final K key;
        V value;
        Node<K,V> next;

        Node(int hash, K key, V value, Node<K,V> 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; }

        public final int hashCode() {
            return Objects.hashCode(key) ^ Objects.hashCode(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;
        }
    }
  • 構(gòu)造函數(shù)
public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {
        // 校驗(yàn)參數(shù)
        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方法找到大于或等于initialCapacity最小的2冪次方
        this.threshold = tableSizeFor(initialCapacity);
}
/**
  * 找到大于或等于initialCapacity最小的2冪次方
  */
static final int tableSizeFor(int cap) {
        /**
         * 確保找到的值大于或等于cap最小的2冪次方:比如cap等于8疙赠,
         * 剛好為2的冪次方,如果不進(jìn)行減一操作柴钻,最終的結(jié)果為16硬耍,顯然不正確
         */
        int n = cap - 1;
        /**
         * 該算法讓最高位的1后面的位全變?yōu)?
         * 例如:cap = 10 即二進(jìn)制為:1010
         * 1010 | 0101 = 1111
          */
        n |= n >>> 1;
        n |= n >>> 2;
        n |= n >>> 4;
        n |= n >>> 8;
        n |= n >>> 16;
        return (n < 0) ? 1 : (n >= MAXIMUM_CAPACITY) ? MAXIMUM_CAPACITY : n + 1;
}
public HashMap(int initialCapacity) {
        this(initialCapacity, DEFAULT_LOAD_FACTOR);
}
public HashMap() {
        this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR; // all other fields defaulted
}
public HashMap(Map<? extends K, ? extends V> m) {
        this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR;
        putMapEntries(m, false);
}

源碼分析

  • put流程分析
public V put(K key, V value) {
        // 計(jì)算key的hash值
        return putVal(hash(key), key, value, false, true);
}
static final int hash(Object key) {
        int h;
        // key的hash值高16位與低16位做異或操作愉镰,增加地位的隨機(jī)性订讼,減少hash沖突
        return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
 }
final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,
                   boolean evict) {
        HashMap.Node<K,V>[] tab; HashMap.Node<K,V> p; int n, i;
        if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
            // 數(shù)組為空,進(jìn)行初始化征讲,
            n = (tab = resize()).length;
        if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
            // 變量p保存前一個節(jié)點(diǎn)
            // 沒有hash沖突的情況据某,新增node節(jié)點(diǎn),保存在數(shù)組下標(biāo)i的位置
            tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
        else {
            // hash沖突的情況诗箍,e:已存在的節(jié)點(diǎn)
            HashMap.Node<K,V> e; K k;
            // 通過key查找node節(jié)點(diǎn)
            if (p.hash == hash &&
                    ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                e = p;
            else if (p instanceof HashMap.TreeNode)
                // 查找紅黑樹
                e = ((HashMap.TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
            else {
                // 查找鏈表
                for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
                    // p.next == null癣籽,遍歷到鏈表的末尾,沒有找到key對應(yīng)的節(jié)點(diǎn),則新增節(jié)點(diǎn)放到鏈表的末尾
                    if ((e = p.next) == null) {
                        p.next = newNode(hash, key, value, null);
                        // 如果節(jié)點(diǎn)數(shù)量大于鏈表轉(zhuǎn)紅黑樹的最小閾值筷狼,則由鏈表轉(zhuǎn)換為紅黑樹
                        if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st
                            treeifyBin(tab, hash);
                        break;
                    }
                    if (e.hash == hash &&
                            ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                        break;
                    p = e;
                }
            }
            // 節(jié)點(diǎn)已存在瓶籽,onlyIfAbsent為true則不替換舊值
            if (e != null) { // existing mapping for key
                V oldValue = e.value;
                if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
                    e.value = value;
                afterNodeAccess(e);
                return oldValue;
            }
        }
        // 修改次數(shù)自增
        ++modCount;
        // 數(shù)組大小大于閾值,則進(jìn)行擴(kuò)容
        if (++size > threshold)
            resize();
        afterNodeInsertion(evict);
        return null;
    }
  • 擴(kuò)容
final HashMap.Node<K,V>[] resize() {
        HashMap.Node<K,V>[] oldTab = table;
        int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length;
        int oldThr = threshold;
        int newCap, newThr = 0;
        // oldCap > 0埂材,說明數(shù)組已初始化
        if (oldCap > 0) {
            if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) {
                threshold = Integer.MAX_VALUE;
                return oldTab;
            }
            else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY &&
                    oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)
                // 按當(dāng)前數(shù)組長度的兩倍擴(kuò)容塑顺,閾值也變?yōu)樵瓉淼膬杀?                newThr = oldThr << 1; // double threshold
        }
        else if (oldThr > 0) // initial capacity was placed in threshold
            // 數(shù)組未初始化,并且閾值大于零俏险,說明是調(diào)用HashMap(int initialCapacity, float loadFactor)或HashMap(int initialCapacity)構(gòu)造函數(shù)
            // 新容量為數(shù)組的閾值
            newCap = oldThr;
        else {               // zero initial threshold signifies using defaults
            // 數(shù)組未初始化严拒,并且閾值小于零,說明是調(diào)用HashMap()構(gòu)造函數(shù)
            // 新容量為默認(rèn)的初始容量16
            newCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY;
            // 新閾值為16 * 0.75
            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;
        // 創(chuàng)建新數(shù)組
        @SuppressWarnings({"rawtypes","unchecked"})
        HashMap.Node<K,V>[] newTab = (HashMap.Node<K,V>[])new HashMap.Node[newCap];
        table = newTab;
        // 舊數(shù)組不為空竖独,則遍歷就數(shù)組并映射到新數(shù)組
        if (oldTab != null) {
            for (int j = 0; j < oldCap; ++j) {
                HashMap.Node<K,V> e;
                if ((e = oldTab[j]) != null) {
                    oldTab[j] = null;
                    // 如果只有一個節(jié)點(diǎn)裤唠,則重新計(jì)算并放入新數(shù)組
                    if (e.next == null)
                        newTab[e.hash & (newCap - 1)] = e;
                    else if (e instanceof HashMap.TreeNode)
                        // 如果是紅黑樹,則進(jìn)行拆分
                        ((HashMap.TreeNode<K,V>)e).split(this, newTab, j, oldCap);
                    else { // preserve order
                        // 如果是鏈表
                        HashMap.Node<K,V> loHead = null, loTail = null;
                        HashMap.Node<K,V> hiHead = null, hiTail = null;
                        HashMap.Node<K,V> next;
                        do {
                            next = e.next;
                            // e.hash & oldCap预鬓,若為0巧骚,則索引位置不變赊颠;不為0格二,則新索引= 原索引 + 原數(shù)組長度
                            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;
}
  • get流程
public V get(Object key) {
        Node<K,V> e;
        return (e = getNode(hash(key), key)) == null ? null : e.value;
}
final HashMap.Node<K,V> getNode(int hash, Object key) {
        HashMap.Node<K,V>[] tab; HashMap.Node<K,V> first, e; int n; K k;
        // 判斷數(shù)組不為空,并且根據(jù)hash值計(jì)算數(shù)組下標(biāo)竣蹦,沒有節(jié)點(diǎn)直接返回null
        if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 &&
                (first = tab[(n - 1) & hash]) != null) {
            // 判斷第一個節(jié)點(diǎn)是否是要查找的顶猜,如果是則返回
            if (first.hash == hash && // always check first node
                    ((k = first.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                return first;
            if ((e = first.next) != null) {
                // 如果節(jié)點(diǎn)類型是紅黑樹,則調(diào)用紅黑樹的方法獲取節(jié)點(diǎn)痘括,否則遍歷鏈表查找
                if (first instanceof HashMap.TreeNode)
                    return ((HashMap.TreeNode<K,V>)first).getTreeNode(hash, key);
                do {
                    if (e.hash == hash &&
                            ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                        return e;
                } while ((e = e.next) != null);
            }
        }
        return null;
    }
  • remove流程
public V remove(Object key) {
        Node<K,V> e;
        return (e = removeNode(hash(key), key, null, false, true)) == null ?
            null : e.value;
}
final HashMap.Node<K,V> removeNode(int hash, Object key, Object value,
                                       boolean matchValue, boolean movable) {
        HashMap.Node<K,V>[] tab; HashMap.Node<K,V> p; int n, index;
        // 變量node存儲要刪除的節(jié)點(diǎn)
        // 判斷數(shù)組不為空长窄,通過hash值計(jì)算對應(yīng)的數(shù)組下標(biāo),并且節(jié)點(diǎn)存在
        if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 &&
                (p = tab[index = (n - 1) & hash]) != null) {
            HashMap.Node<K,V> node = null, e; K k; V v;
            // 判斷數(shù)組下標(biāo)index的第一個元素是否是查找的元素
            if (p.hash == hash &&
                    ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                node = p;
            else if ((e = p.next) != null) {
                // 首個節(jié)點(diǎn)不是查找的節(jié)點(diǎn)纲菌,判斷節(jié)點(diǎn)類型
                if (p instanceof HashMap.TreeNode)
                    // 節(jié)點(diǎn)類型是紅黑樹挠日,則調(diào)用紅黑樹的方法查找要刪除的節(jié)點(diǎn)
                    node = ((HashMap.TreeNode<K,V>)p).getTreeNode(hash, key);
                else {
                    // 節(jié)點(diǎn)類型是鏈表,遍歷鏈表翰舌,查找要刪除的節(jié)點(diǎn)
                    do {
                        if (e.hash == hash &&
                                ((k = e.key) == key ||
                                        (key != null && key.equals(k)))) {
                            node = e;
                            break;
                        }
                        p = e;
                    } while ((e = e.next) != null);
                }
            }
            if (node != null && (!matchValue || (v = node.value) == value ||
                    (value != null && value.equals(v)))) {
                // 刪除節(jié)點(diǎn)類型是紅黑樹嚣潜,則調(diào)用紅黑樹的方法刪除節(jié)點(diǎn)
                if (node instanceof HashMap.TreeNode)
                    ((HashMap.TreeNode<K,V>)node).removeTreeNode(this, tab, movable);
                else if (node == p)
                    // 刪除節(jié)點(diǎn)是首個節(jié)點(diǎn)
                    tab[index] = node.next;
                else
                    // 刪除節(jié)點(diǎn)非首個節(jié)點(diǎn),執(zhí)行鏈表刪除
                    p.next = node.next;
                ++modCount;
                --size;
                afterNodeRemoval(node);
                return node;
            }
        }
        return null;
    }

為什么要把數(shù)組長度設(shè)計(jì)為2的冪次方

  • 當(dāng)數(shù)組長度為2的冪次方時(shí)椅贱,可以使用位運(yùn)算來計(jì)算元素在數(shù)組中的下標(biāo)
HashMap數(shù)組下標(biāo)的計(jì)算公式(n - 1) & hash懂算,等價(jià)于hash%length,也就是對數(shù)組長度求模取余庇麦,
只有當(dāng)數(shù)組長度為2的冪次方時(shí)计技,hash&(length-1)才等價(jià)于hash%length,使用位運(yùn)算可以提高效率山橄。
  • 增加hash值的隨機(jī)性垮媒,減少hash沖突
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