一萬(wàn)六千字的HashMap深度剖析
概論
HashMap 是無(wú)論在工作還是面試中都非常常見常考的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。比如 Leetcode 第一題 Two Sum 的某種變種的最優(yōu)解就是需要用到 HashMap 的，高頻考題 LRU Cache 是需要用到 LinkedHashMap 的。HashMap 用起來(lái)很簡(jiǎn)單，所以今天我們來(lái)從源碼的角度梳理一下Hashmap
隨著JDK（Java Developmet Kit）版本的更新，JDK1.8對(duì)HashMap底層的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了優(yōu)化，例如引入紅黑樹的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和擴(kuò)容的優(yōu)化等。
HashMap：它根據(jù)鍵的hashCode值存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，大多數(shù)情況下可以直接定位到它的值，因而具有很快的訪問(wèn)速度，但遍歷順序卻是不確定的。
HashMap最多只允許一條記錄的鍵為null，允許多條記錄的值為null。
HashMap非線程安全，即任一時(shí)刻可以有多個(gè)線程同時(shí)寫HashMap，可能會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)的不一致。如果需要滿足線程安全，可以用 Collections的synchronizedMap方法使HashMap具有線程安全的能力，或者使用ConcurrentHashMap。
HashMap 的繼承關(guān)系
hashmap 的原理
對(duì)于 HashMap 中的每個(gè) key，首先通過(guò) hash function 計(jì)算出一個(gè) hash 值,這個(gè)hash值經(jīng)過(guò)取模運(yùn)算就代表了在 buckets 里的編號(hào) buckets 實(shí)際上是用數(shù)組來(lái)實(shí)現(xiàn)的，所以把這個(gè)hash值模上數(shù)組的長(zhǎng)度得到它在數(shù)組的 index，就這樣把它放在了數(shù)組里。
如果果不同的元素算出了相同的哈希值，那么這就是哈希碰撞，即多個(gè) key 對(duì)應(yīng)了同一個(gè)桶。這個(gè)時(shí)候就是解決hash沖突的時(shí)候了，展示真正技術(shù)的時(shí)候到了。
隨著插入的元素越來(lái)越多，發(fā)生碰撞的概率就越大，某個(gè)桶中的鏈表就會(huì)越來(lái)越長(zhǎng)，直到達(dá)到一個(gè)閾值，
HashMap就受不了了，為了提升性能，會(huì)將超過(guò)閾值的鏈表轉(zhuǎn)換形態(tài)，轉(zhuǎn)換成紅黑樹的結(jié)構(gòu)，這個(gè)閾值是 8 。也就是單個(gè)桶內(nèi)的鏈表節(jié)點(diǎn)數(shù)大于 8 ，就會(huì)將鏈表有可能變身為紅黑樹。
解決Hash沖突的方法
開放定址法
這種方法也稱再散列法，其基本思想是：當(dāng)關(guān)鍵字key的哈希地址p=H(key）出現(xiàn)沖突時(shí)，以p為基礎(chǔ)，產(chǎn)生另一個(gè)哈希地址p1，如果p1仍然沖突，再以p為基礎(chǔ)，產(chǎn)生另一個(gè)哈希地址p2，…，直到找出一個(gè)不沖突的哈希地址pi ，將相應(yīng)元素存入其中。這種方法有一個(gè)通用的再散列函數(shù)形式：
Hi=（H（key）+di）% m i=1，2，…，n
其中H(key）為哈希函數(shù)，m 為表長(zhǎng)，di稱為增量序列。增量序列的取值方式不同，相應(yīng)的再散列方式也不同。主要有三種 線性探測(cè)再散列，二次探測(cè)再散列，偽隨機(jī)探測(cè)再散列
再哈希法
這種方法是同時(shí)構(gòu)造多個(gè)不同的哈希函數(shù)
Hi=RH1（key） i=1，2，…，k
當(dāng)哈希地址Hi=RH1（key）發(fā)生沖突時(shí)，再計(jì)算Hi=RH2（key）……，直到?jīng)_突不再產(chǎn)生。這種方法不易產(chǎn)生聚集，但增加了計(jì)算時(shí)間
鏈地址法
這種方法的基本思想是將所有哈希地址為i的元素構(gòu)成一個(gè)稱為同義詞鏈的單鏈表，并將單鏈表的頭指針存在哈希表的第i個(gè)單元中，因而查找、插入和刪除主要在同義詞鏈中進(jìn)行。
鏈地址法適用于經(jīng)常進(jìn)行插入和刪除的情況。
建立公共溢出區(qū)
這種方法的基本思想是：將哈希表分為基本表和溢出表兩部分，凡是和基本表發(fā)生沖突的元素，一律填入溢出表。
hashmap 最終的形態(tài)
一頓操作猛如虎，搞得原本還是很單純的hashmap 變得這么復(fù)雜，難倒了無(wú)數(shù)英雄好漢，由于鏈表長(zhǎng)度過(guò)程，會(huì)導(dǎo)致查詢變慢，所以鏈表慢慢最后演化出了紅黑樹的形態(tài)
HashMap主體上就是一個(gè)數(shù)組結(jié)構(gòu)，每一個(gè)索引位置英文叫做一個(gè) bin，我們這里先管它叫做桶，比如你定義一個(gè)長(zhǎng)度為 8 的 HashMap，那就可以說(shuō)這是一個(gè)由 8 個(gè)桶組成的數(shù)組。
當(dāng)我們像數(shù)組中插入數(shù)據(jù)的時(shí)候，大多數(shù)時(shí)候存的都是一個(gè)一個(gè) Node 類型的元素，Node 是 HashMap中定義的靜態(tài)內(nèi)部類
Hashmap 的返回值
很多人以為Hashmap 是沒有返回值的，或者也沒有關(guān)注過(guò)Hashmap 的返回值，其實(shí)在你調(diào)用Hashmap的put(key,value) 方法 的時(shí)候，它會(huì)將當(dāng)前key 已經(jīng)有的值返回，然后把你的新值放到對(duì)應(yīng)key 的位置上
public?class?JavaHashMap?{
????public?static?void?main(String[]?args)?{
????????HashMap?map?=?new?HashMap();
????????String?oldValue?=?map.put("java大數(shù)據(jù)",?"數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)");
????????System.out.println(oldValue);
????????oldValue?=?map.put("java大數(shù)據(jù)",?"實(shí)時(shí)數(shù)倉(cāng)");
????????System.out.println(oldValue);
????}
}
運(yùn)行結(jié)果如下，因?yàn)橐婚_始是沒有值的，所以返回null,后面有值了，put 的時(shí)候就返回了舊的值
這里有一個(gè)問(wèn)題需要注意一下，因?yàn)镸ap的Key,Value 的類型都是引用類型，所以在沒有值的情況下一定返回的是null，而不是0 等初始值。
HashMap 的關(guān)鍵內(nèi)部元素
存儲(chǔ)容器 table;
因?yàn)?code style="font-size: inherit;line-height: inherit;overflow-wrap: break-word;padding: 2px 4px;border-radius: 4px;margin-right: 2px;margin-left: 2px;color: rgb(233, 105, 0);background: rgb(248, 248, 248);">HashMap內(nèi)部是用一個(gè)數(shù)組來(lái)保存內(nèi)容的， 它的定義 如下
transient Node
如果哈希桶數(shù)組很大，即使較差的Hash算法也會(huì)比較分散，如果哈希桶數(shù)組數(shù)組很小，即使好的Hash算法也會(huì)出現(xiàn)較多碰撞，所以就需要在空間成本和時(shí)間成本之間權(quán)衡，其實(shí)就是在根據(jù)實(shí)際情況確定哈希桶數(shù)組的大小，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)好的hash算法減少Hash碰撞。那么通過(guò)什么方式來(lái)控制map使得Hash碰撞的概率又小，哈希桶數(shù)組（Node[] table）占用空間又少呢？答案就是好的Hash算法和擴(kuò)容機(jī)制。
在HashMap中，哈希桶數(shù)組table的長(zhǎng)度length大小必須為2的n次方(一定是合數(shù))，這是一種非常規(guī)的設(shè)計(jì)，常規(guī)的設(shè)計(jì)是把桶的大小設(shè)計(jì)為素?cái)?shù)。相對(duì)來(lái)說(shuō)素?cái)?shù)導(dǎo)致沖突的概率要小于合數(shù)
size 元素個(gè)數(shù)
size這個(gè)字段其實(shí)很好理解，就是HashMap中實(shí)際存在的鍵值對(duì)數(shù)量。注意和table的長(zhǎng)度length、容納最大鍵值對(duì)數(shù)量threshold的區(qū)別
Node
?static?class?Node<K,V>?implements?Map.Entry<K,V>?{
?????final?int?hash;
?????final?K?key;
?????V?value;
?????Node?next;
?????Node(int?hash,?K?key,?V?value,?Node?next)?{
?????????this.hash?=?hash;
?????????this.key?=?key;
?????????this.value?=?value;
?????????this.next?=?next;
?????}
}
Node是HashMap的一個(gè)靜態(tài)內(nèi)部類。實(shí)現(xiàn)了Map.Entry接口，本質(zhì)是就是一個(gè)映射(鍵值對(duì)),主要包括 hash、key、value 和 next 的屬性。
我們使用 put 方法像其中加鍵值對(duì)的時(shí)候，就會(huì)轉(zhuǎn)換成 Node 類型。其實(shí)就是
newNode(hash, key, value, null);
TreeNode
當(dāng)桶內(nèi)鏈表到達(dá) 8 的時(shí)候，會(huì)將鏈表轉(zhuǎn)換成紅黑樹，就是 TreeNode類型，它也是 HashMap中定義的靜態(tài)內(nèi)部類。
static?final?class?TreeNodeV >?extends?LinkedHashMap.EntryV>?{
????TreeNode?parent;??//?red-black?tree?links
????TreeNode?left;
????TreeNode?right;
????TreeNode?prev;????//?needed?to?unlink?next?upon?deletion
????boolean?red;
????TreeNode(int?hash,?K?key,?V?val,?Node?next)?{
????????super(hash,?key,?val,?next);
}
說(shuō)起TreeNode ，就不得不說(shuō)其他三個(gè)相關(guān)參數(shù) TREEIFY_THRESHOLD=8 和 UNTREEIFY_THRESHOLD=6 以及 MIN_TREEIFY_CAPACITY=64
TREEIFY_THRESHOLD=8 指的是鏈表的長(zhǎng)度大于8 的時(shí)候進(jìn)行樹化， UNTREEIFY_THRESHOLD=6 ?說(shuō)的是當(dāng)元素被刪除鏈表的長(zhǎng)度小于6 的時(shí)候進(jìn)行退化，由紅黑樹退化成鏈表
MIN_TREEIFY_CAPACITY=64 意思是數(shù)組中元素的個(gè)數(shù)必須大于等于64之后才能進(jìn)行樹化
modCount
modCount字段主要用來(lái)記錄HashMap內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生變化的次數(shù)，主要用于迭代的快速失敗。強(qiáng)調(diào)一點(diǎn)，內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生變化指的是結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，例如put新鍵值對(duì)，但是某個(gè)key對(duì)應(yīng)的value值被覆蓋不屬于結(jié)構(gòu)變化。
閾值 threshold
它是加在因子乘以初始值大小，后續(xù)擴(kuò)容的時(shí)候和數(shù)組大小一樣，2倍進(jìn)行擴(kuò)容
threshold?=?(DEFAULT_LOAD_FACTOR?*?DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)
實(shí)際存儲(chǔ)元素個(gè)數(shù) size
size 默認(rèn)大小是0 ，它指的是數(shù)組存儲(chǔ)的元素個(gè)數(shù)，而不是整個(gè)hashmap 的元素個(gè)數(shù)，對(duì)于下面這張圖就是3 而不是11
transient?int?size;
debug 源碼 插入元素的過(guò)程
public?class?JavaHashMap?{
????public?static?void?main(String[]?args)?{
????????HashMap<String,?String>?map?=?new?HashMap<String,?String>();
????????String?oldValue?=?map.put("java大數(shù)據(jù)",?"數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)");
????}
}
調(diào)用put()方法
這個(gè)方法沒什么好說(shuō)的，是hashmap 提供給用戶調(diào)用的方法，很簡(jiǎn)單
調(diào)用 putval()
Put 方法實(shí)際上調(diào)用的實(shí) ?putval() 方法
可以看出在進(jìn)入putval() 方法之間，需要借助hash 方法先計(jì)算出key 的hash 值，然后將key 的hash值和key同時(shí)傳入
調(diào)用hash() 方法
這個(gè)key的hashCode()方法得到其hashCode 值（該方法適用于每個(gè)Java對(duì)象），然后再通過(guò)Hash算法的后兩步運(yùn)算（高位運(yùn)算和取模運(yùn)算，下文有介紹）來(lái)定位該鍵值對(duì)的存儲(chǔ)位置，有時(shí)兩個(gè)key會(huì)定位到相同的位置，表示發(fā)生了Hash碰撞。當(dāng)然Hash算法計(jì)算結(jié)果越分散均勻，Hash碰撞的概率就越小，map的存取效率就會(huì)越高。
在JDK1.8的實(shí)現(xiàn)中，優(yōu)化了高位運(yùn)算的算法，通過(guò)hashCode()的高16位異或低16位實(shí)現(xiàn)的：(h = k.hashCode()) ^ (h >>> 16)，主要是從速度、功效、質(zhì)量來(lái)考慮的，這么做可以在數(shù)組table的length比較小的時(shí)候，也能保證考慮到高低Bit都參與到Hash的計(jì)算中，同時(shí)不會(huì)有太大的開銷。
進(jìn)入 putval()
進(jìn)入putval 方法之后，整體數(shù)據(jù)流程如下，下面會(huì)詳細(xì)介紹每一步
final?V?putVal(int?hash,?K?key,?V?value,?boolean?onlyIfAbsent,
???????????????boolean?evict)?{
????Node[]?tab;?Node?p;?int?n,?i;
????//?判斷是否需要初始化數(shù)組
????if?((tab?=?table)?==?null?||?(n?=?tab.length)?==?0)
????????n?=?(tab?=?resize()).length;
????if?((p?=?tab[i?=?(n?-?1)?&?hash])?==?null)
????????????//?當(dāng)前位置為空，則直接插入，同時(shí)意味著不走else?最后直接返回null
????????tab[i]?=?newNode(hash,?key,?value,?null);
????else?{
????????Node?e;?K?k;
????????if?(p.hash?==?hash?&&
????????????((k?=?p.key)?==?key?||?(key?!=?null?&&?key.equals(k))))
????????????e?=?p;
????????else?if?(p?instanceof?TreeNode)
????????????e?=?((TreeNode)p).putTreeVal(this,?tab,?hash,?key,?value);
????????else?{
????????????for?(int?binCount?=?0;?;?++binCount)?{
????????????????if?((e?=?p.next)?==?null)?{
????????????????????p.next?=?newNode(hash,?key,?value,?null);
????????????????????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;
????????????}
????????}
????????if?(e?!=?null)?{?//?existing?mapping?for?key
????????????V?oldValue?=?e.value;
????????????if?(!onlyIfAbsent?||?oldValue?==?null)
????????????????e.value?=?value;
????????????afterNodeAccess(e);
????????????return?oldValue;
????????}
????}
????//?可以看出只有當(dāng)前key?的位置為空的時(shí)候才判斷時(shí)候需要reszie?已經(jīng)返回?null?其他情況下都走了else?的環(huán)節(jié)
????++modCount;
????if?(++size?>?threshold)
????????resize();
????afterNodeInsertion(evict);
????return?null;
}
判斷數(shù)組是否為空,需不需要調(diào)用resize 方法
第一次調(diào)用，這里table 是null,所以會(huì)走resize 方法
resize 方法本身也是比較復(fù)雜的，因?yàn)檫@里是第一次調(diào)用，所以這里進(jìn)行了簡(jiǎn)化
????final?Node[]?resize()?{
????????Node[]?oldTab?=?table;
????????int?oldCap?=?(oldTab?==?null)???0?:?oldTab.length;
????????int?oldThr?=?threshold;
????????int?newCap,?newThr?=?0;
????????if?(oldCap?>?0)?{
????????????if?(oldCap?>=?MAXIMUM_CAPACITY)?{
????????????????threshold?=?Integer.MAX_VALUE;
????????????????return?oldTab;
????????????}
????????????else?if?((newCap?=?oldCap?<1)??????????????????????oldCap?>=?DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)
????????????????newThr?=?oldThr?<1;?//?double?threshold
????????}
????????else?if?(oldThr?>?0)?//?initial?capacity?was?placed?in?threshold
????????????newCap?=?oldThr;
????????else?{???????????????
????????????????//??首次初始化?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?float)MAXIMUM_CAPACITY??
??????????????????????(int)ft?:?Integer.MAX_VALUE);
????????}
????????threshold?=?newThr;
????????@SuppressWarnings({"rawtypes","unchecked"})
????????Node[]?newTab?=?(Node[])new?Node[newCap];
????????table?=?newTab;
????????if?(oldTab?!=?null)?{
???????????//?因?yàn)?oldTab?為null?所以不會(huì)進(jìn)來(lái)這個(gè)if?判斷，所以將這里的代碼省略了
????????}
????????return?newTab;
????}
table 為空首次初始化
如果是的話，初始化數(shù)組大小和threashold
newCap?=?DEFAULT_INITIAL_CAPACITY;
newThr?=?(int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR?*?DEFAULT_INITIAL_CAPACITY);
初始化之后，將新創(chuàng)建的數(shù)組返回，在返回之前完成了對(duì)變量table 的賦值
table 不為空 不是首次初始化
如果不是的話就用當(dāng)前數(shù)組的信息初始化新數(shù)組的大小
最后完成table 的初始化，返回table ，這里其實(shí)還有數(shù)據(jù)遷移，但是為了保證文章的結(jié)構(gòu)，所以將resize 方法的詳細(xì)講解單獨(dú)提了出來(lái)
table?=?newTab;
判斷當(dāng)前位置是否有元素
1 沒有 直接放入當(dāng)前位置
2 有 將當(dāng)前節(jié)點(diǎn)記做p
當(dāng)前節(jié)點(diǎn)記做p 然后進(jìn)入else 循環(huán)
else?{
????Node?e;?K?k;
????if?(p.hash?==?hash?&&
????????((k?=?p.key)?==?key?||?(key?!=?null?&&?key.equals(k))))
????????e?=?p;
????else?if?(p?instanceof?TreeNode)
????????e?=?((TreeNode)p).putTreeVal(this,?tab,?hash,?key,?value);
????else?{
????????for?(int?binCount?=?0;?;?++binCount)?{
????????????if?((e?=?p.next)?==?null)?{
????????????????p.next?=?newNode(hash,?key,?value,?null);
????????????????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;
????????}
????}
????if?(e?!=?null)?{?//?existing?mapping?for?key
????????V?oldValue?=?e.value;
????????if?(!onlyIfAbsent?||?oldValue?==?null)
????????????e.value?=?value;
????????afterNodeAccess(e);
????????return?oldValue;
????}
?}
判斷直接覆蓋(判斷是否是同一個(gè)key)
判斷新的key 和老的key 是否相同，這里同時(shí)要求了hash 值和 實(shí)際的值是相等的情況下然后直接完成了e=p 的賦值，其實(shí)也就是完成了替換，因?yàn)閗ey 是相同的。
如果不是同一個(gè)key 的話這里就要將當(dāng)前元素插入鏈表或者紅黑樹了，因?yàn)槭遣煌膋ey 了
判斷插入紅黑樹
如果當(dāng)前元素是一個(gè) TreeNode 則將當(dāng)前元素放入紅黑樹，然后
判斷插入鏈表
如果不是同一key并且當(dāng)前元素類型不是TreeNode 則將當(dāng)前元素插入鏈表(因?yàn)閗ey對(duì)應(yīng)的位置已經(jīng)有元素了，其實(shí)可以認(rèn)為是鏈表的頭元素)
可以看出采用的是尾插法，循環(huán)過(guò)程中當(dāng)下一個(gè)節(jié)點(diǎn)是null的時(shí)候則進(jìn)行插入，插入完畢之后判斷是否需要樹化
JDK 1.7 之前使用頭插法、JDK 1.8 使用尾插法
其實(shí)主要是根據(jù)（e=p.next)==null 進(jìn)行判斷進(jìn)入哪一個(gè)if ,因?yàn)槊總€(gè) if 都含有break 語(yǔ)句，所以只能進(jìn)入一個(gè) 然后就退出循環(huán)了
image-20201126220940075 ?if?((e?=?p.next)?==?null)?{
?????p.next?=?newNode(hash,?key,?value,?null);
?????if?(binCount?>=?TREEIFY_THRESHOLD?-?1)?//?-1?for?1st
?????????treeifyBin(tab,?hash);
?????break;
?}1、這段代碼也是上圖中的第一個(gè)if這段代碼的意思就是在遍歷鏈表的過(guò)程中，一直都沒有遇到和待插入key 相同的key(第二個(gè)if) 然后當(dāng)前要插入的元素插入到了鏈表的尾部(當(dāng)前if 語(yǔ)句)
第二個(gè)if 的意思 如果有發(fā)生key沖突則停止 后續(xù)這個(gè)節(jié)點(diǎn)會(huì)被相同的key覆蓋
2、插入之后判斷判斷局部變量binCount 時(shí)候大于7(TREEIFY_THRESHOLD-1),這里需要注意的是binCount 是從0開始的，所以實(shí)際的意思是判斷鏈表的長(zhǎng)度在插入新元素之前是否大于等于8，如果是的話則進(jìn)行樹化
3、并且這個(gè)時(shí)候變量e 的值是null ，因?yàn)槭遣迦氲芥湵淼奈膊康?，所以這個(gè)時(shí)候key 是沒有對(duì)應(yīng)的oldValue 的，所以e是null 在最后面的判斷返回中，也返回的是null
4、關(guān)于樹化，首先這是發(fā)生在插入鏈表的時(shí)刻,并且是插入鏈表尾部的時(shí)候，因?yàn)榕袛噙^(guò)程是在第一個(gè)if 中，為了保證文章的結(jié)構(gòu)關(guān)于樹化放在下面講
if (e.hash == hash &&
((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
break;
// 這個(gè)賦值很有意思，它完成了你可以使用for 循環(huán)完成鏈表遍歷的核心功能
p = e;
1、這一段代碼的意思是在遍歷的過(guò)程中（e=p.next)!=null 的的時(shí)候，也就是在循環(huán)鏈表的過(guò)程中，判斷是否有和當(dāng)前key 相等的key，相等的話e 就是要覆蓋的元素，如果不相等的話就繼續(xù)循環(huán)，知道找到這樣的e 或者是將鏈表循環(huán)結(jié)束，然后將元素插入到鏈表的尾部(第一個(gè)if)
2、因?yàn)槭钱?dāng)key 存在的時(shí)候則跳出循環(huán)，所以鏈表的長(zhǎng)度沒有發(fā)生變化，所以這里沒有判斷是否需要樹化
最后 返回oldValue 完成新值替換
if?(e?!=?null)?{?//?existing?mapping?for?key
????V?oldValue?=?e.value;
????if?(!onlyIfAbsent?||?oldValue?==?null)
????????e.value?=?value;
????afterNodeAccess(e);
????return?oldValue;
}
這個(gè)時(shí)候e 就指向原來(lái)p 的位置了，因?yàn)閑=p， 然后用新的value 覆蓋掉了oldValue 完成了插入，最后將 oldValue 返回。
最后 判斷是否需要擴(kuò)容 返回null 值
其實(shí)能走到這一步，是那就說(shuō)明放入元素的時(shí)候，key 對(duì)應(yīng)的位置是沒有元素的，所以相當(dāng)于數(shù)組中添加了一個(gè)新的元素，所以這里有判斷是否需要resize 和返回空值。
?++modCount;
?if?(++size?>?threshold)
?????resize();
?afterNodeInsertion(evict);
?return?null;
單獨(dú)講解resize 方法
首選需要記住resize 方法是會(huì)返回?cái)U(kuò)容后的數(shù)組的
第一部分初始化新數(shù)組
這一部分不論是不是首次調(diào)用resize 方法，都會(huì)有的，但是數(shù)據(jù)遷移部分在首次調(diào)用的時(shí)候是沒有的
Node[]?oldTab?=?table;
int?oldCap?=?(oldTab?==?null)???0?:?oldTab.length;
int?oldThr?=?threshold;
int?newCap,?newThr?=?0;
//?判斷是oldCap?是否大于0?因?yàn)榭赡苁鞘状蝦esize，如果不是的話?oldCap
if?(oldCap?>?0)?{
?????//?到達(dá)擴(kuò)容上限
????if?(oldCap?>=?MAXIMUM_CAPACITY)?{
????????threshold?=?Integer.MAX_VALUE;
????????return?oldTab;
????}
????//?這里是正常的擴(kuò)容
????else?if?((newCap?=?oldCap?<1)??????????????oldCap?>=?DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)
????????newThr?=?oldThr?<1;?//?double?threshold
}
else?if?(oldThr?>?0)?//?initial?capacity?was?placed?in?threshold
????newCap?=?oldThr;
//第一次調(diào)用resize?方法，然后使用默認(rèn)值進(jìn)行初始化
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?float)MAXIMUM_CAPACITY??
??????????????(int)ft?:?Integer.MAX_VALUE);
}
//?創(chuàng)建新的數(shù)組，下面
threshold?=?newThr;
@SuppressWarnings({"rawtypes","unchecked"})
Node[]?newTab?=?(Node[])new?Node[newCap];
table?=?newTab;
如果數(shù)組的大小 大于等于MAXIMUM_CAPACITY之后，則 threshold = Integer.MAX_VALUE; 然后不擴(kuò)容直接返回當(dāng)前數(shù)組，所以可以看出hashmap 的擴(kuò)容上限就是MAXIMUM_CAPACITY（230）
如果數(shù)組的大小 在擴(kuò)容之后小于MAXIMUM_CAPACITY 并且原始大小大于DEFAULT_INITIAL_CAPACITY（16） 則進(jìn)行擴(kuò)容(DEFAULT_INITIAL_CAPACITY 的大小限制是為了防止該方法的調(diào)用是在樹化方法里調(diào)用的，這個(gè)時(shí)候數(shù)組大大小可能小于DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)
新的數(shù)組創(chuàng)建好之后，就可以根據(jù)老的數(shù)組是否有值決定是否進(jìn)行數(shù)據(jù)遷移
第二部分?jǐn)?shù)據(jù)遷移
oldTab 也就是老的數(shù)組不為空的時(shí)候進(jìn)行遷移
?if?(oldTab?!=?null)?{
?????????????//?遍歷oldTable，拿到每一個(gè)元素準(zhǔn)備放入大新的數(shù)組中去
??????for?(int?j?=?0;?j???????????Node?e;
??????????if?((e?=?oldTab[j])?!=?null)?{
??????????????oldTab[j]?=?null;
??????????????//?當(dāng)前元素只是單個(gè)元素，不是鏈表
??????????????if?(e.next?==?null)
??????????????????//?重新計(jì)算每個(gè)元素在數(shù)組中的位置
??????????????????newTab[e.hash?&?(newCap?-?1)]?=?e;
??????????????//?判斷當(dāng)前元素是否是樹???
??????????????else?if?(e?instanceof?TreeNode)
??????????????????((TreeNode)e).split(this,?newTab,?j,?oldCap);
??????????????//?當(dāng)前元素是鏈表，則遍歷鏈表????
??????????????else?{?//?preserve?order
??????????????????Node?loHead?=?null,?loTail?=?null;
??????????????????Node?hiHead?=?null,?hiTail?=?null;
??????????????????Node?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;
??????????????????}
??????????????}
??????????}
??????}
??}
判斷當(dāng)前元素的next 是否為空，是則直接放入，其實(shí)就是只有一個(gè)元素，說(shuō)明這是一個(gè)最正常的節(jié)點(diǎn)，不是桶內(nèi)鏈表，也不是紅黑樹，這樣的節(jié)點(diǎn)會(huì)重新計(jì)算索引位置，然后插入。
是的話，判斷是不是TreeNode,不是的話則直接遍歷鏈表進(jìn)行拷貝，保證鏈表的順序不變。
是的話則調(diào)用 TreeNode.split() ?方法，如果是一顆紅黑樹，則使用
split方法處理，原理就是將紅黑樹拆分成兩個(gè) TreeNode 鏈表，然后判斷每個(gè)鏈表的長(zhǎng)度是否小于等于 6，如果是就將 TreeNode 轉(zhuǎn)換成桶內(nèi)鏈表，否則再轉(zhuǎn)換成紅黑樹。完成數(shù)據(jù)的拷貝，返回新的數(shù)組
第三部分 返回新的數(shù)組
?return?newTab;
只要沒有到達(dá)擴(kuò)容上限，這一部分是肯定會(huì)走的，至于走不走數(shù)據(jù)遷移，需要潘丹是不是首次resize()
單獨(dú)講解樹化treeifyBin方法
?for?(int?binCount?=?0;?;?++binCount)?{
?????if?((e?=?p.next)?==?null)?{
?????????p.next?=?newNode(hash,?key,?value,?null);
?????????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;
?}
首先判斷是符滿足鏈表長(zhǎng)度大于8(binCount 是否大于等于7) ,需要注意的是插入到鏈表的尾部導(dǎo)致鏈表的長(zhǎng)度發(fā)生了變化的情況下，才判斷是否需要樹化
然后進(jìn)入treeifyBin 方法中，進(jìn)入樹化方法之后又判斷了,Hashmap 的大小是否大于64，如果不是的話，只是調(diào)用了resize 方法，讓數(shù)組擴(kuò)容，而不是樹化
final?void?treeifyBin(Node[]?tab,?int?hash) ?{
????int?n,?index;?Node?e;
????if?(tab?==?null?||?(n?=?tab.length)?????????resize();
????else?if?((e?=?tab[index?=?(n?-?1)?&?hash])?!=?null)?{
????????TreeNode?hd?=?null,?tl?=?null;
????????do?{
????????????TreeNode?p?=?replacementTreeNode(e,?null);
????????????if?(tl?==?null)
????????????????hd?=?p;
????????????else?{
????????????????p.prev?=?tl;
????????????????tl.next?=?p;
????????????}
????????????tl?=?p;
????????}?while?((e?=?e.next)?!=?null);
????????if?((tab[index]?=?hd)?!=?null)
????????????hd.treeify(tab);
????}
}
獲取元素的過(guò)程
public?V?get(Object?key)?{
????Node?e;
????return?(e?=?getNode(hash(key),?key))?==?null???null?:?e.value;
}
/**
?*?Implements?Map.get?and?related?methods.
?*
?*?@param?hash?hash?for?key
?*?@param?key?the?key
?*?@return?the?node,?or?null?if?none
?*/
final?Node?getNode(int?hash,?Object?key)?{
????Node[]?tab;?Node?first,?e;?int?n;?K?k;
????if?((tab?=?table)?!=?null?&&?(n?=?tab.length)?>?0?&&
????????(first?=?tab[(n?-?1)?&?hash])?!=?null)?{
????????if?(first.hash?==?hash?&&?//?always?check?first?node
????????????((k?=?first.key)?==?key?||?(key?!=?null?&&?key.equals(k))))
????????????return?first;
????????if?((e?=?first.next)?!=?null)?{
????????????if?(first?instanceof?TreeNode)
????????????????return?((TreeNode)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;
}
總結(jié)
resize 方法總結(jié)
resize(擴(kuò)容) 的上限
resize 不是無(wú)限的，當(dāng)?shù)竭_(dá)resize 的上限，也就是230 之后，不再擴(kuò)容
resize 方法只有三種情況下調(diào)用
-?第一種?是在**首次插入元素的時(shí)候完成數(shù)組的初始化**
-?第二種?是在元素插入**完成后**判斷是否需要數(shù)組擴(kuò)容，如果是的話則調(diào)用
-?第三種?是在元素插入鏈表尾部之后，進(jìn)入樹化方法之后，如果不樹化則進(jìn)行resize?
resize 的返回值
第一種情況下 返回老的數(shù)組也就是沒有resize 因?yàn)橐呀?jīng)達(dá)到resize 的上限了
第二種情況下 返回一個(gè)空的數(shù)組 也就是第一次調(diào)用resize方法
第三章情況下 返回一個(gè)擴(kuò)容后的數(shù)組 完成了數(shù)據(jù)遷移后的數(shù)組
key 的判斷
第一次判斷是當(dāng)前位置有元素的時(shí)候，如果兩個(gè)key 相等則準(zhǔn)備覆蓋值
第二次判斷是遍歷鏈表的時(shí)候，決定能否覆蓋鏈表中間key 相等的值而不是鏈表的尾部
樹化
樹化是發(fā)生在元素插入鏈表之后，并且這里是插入到鏈表的尾部導(dǎo)致鏈表的長(zhǎng)度發(fā)生了變化的情況下(也就是走的for循環(huán)里的第一個(gè)if 語(yǔ)句)，而不是替換了鏈表里面的某一元素(也就是走的for循環(huán)里的第二個(gè)if 語(yǔ)句)
image-20201127114314435 final?void?treeifyBin(Node
??int?n,?index;?Node
??if?(tab?==?null?||?(n?=?tab.length)???????resize();
??else?if?((e?=?tab[index?=?(n?-?1)?&?hash])?!=?null)?{
??????TreeNode
??????do?{
??????????TreeNode
??????????if?(tl?==?null)
??????????????hd?=?p;
??????????else?{
??????????????p.prev?=?tl;
??????????????tl.next?=?p;
??????????}
??????????tl?=?p;
??????}?while?((e?=?e.next)?!=?null);
??????if?((tab[index]?=?hd)?!=?null)
??????????hd.treeify(tab);
??}
}其實(shí)這代碼上面有一段注釋的，這里也帖一下,在table 太小的情況下，使用resize 否則替換指的位置鏈表上的全部Nodes（其實(shí)就是替換成紅黑樹）
/**
*?Replaces?all?linked?nodes?in?bin?at?index?for?given?hash?unless
*?table?is?too?small,?in?which?case?resizes?instead.
*/其實(shí)這里有一個(gè)隱含的意義，就是數(shù)組不大的時(shí)候，希望通過(guò)resize 的方法降低hash 沖突的概率，從而避免鏈表過(guò)長(zhǎng)降低查詢時(shí)間，但是當(dāng)數(shù)組比較大的時(shí)候reszie 成本太高，則通過(guò)將鏈表轉(zhuǎn)化成紅黑樹來(lái)降低查詢時(shí)間
for 循環(huán)遍歷鏈表而不是while
這是源代碼里面的一段，上面也解釋過(guò)了，這里使用for 循環(huán)遍歷鏈表，利用for 循環(huán)的index 進(jìn)行計(jì)數(shù)，這里進(jìn)行了刪減
for?(int?binCount?=?0;?;?++binCount)?{
????if?((e?=?p.next)?==?null)?{
????????????doSomething();
????????break;
????p?=?e;
}
番外篇
hash 方法的實(shí)現(xiàn)方式
static?final?int?hash(Object?key)?{
????int?h;
????return?(key?==?null)???0?:?(h?=?key.hashCode())?^?(h?>>>?16);
}
JDK 1.8 中，是通過(guò) hashCode() 的高 16 位異或低 16 位實(shí)現(xiàn)的：(h = k.hashCode()) ^ (h >>> 16)，主要是從速度，功效和質(zhì)量來(lái)考慮的，減少系統(tǒng)的開銷，也不會(huì)造成因?yàn)楦呶粵]有參與下標(biāo)的計(jì)算，從而引起的碰撞
為什么要用異或運(yùn)算符？ 保證了對(duì)象的 hashCode 的 32 位值只要有一位發(fā)生改變，整個(gè) hash() 返回值就會(huì)改變。盡可能的減少碰撞。
鏈表法導(dǎo)致的鏈表過(guò)深問(wèn)題為什么不用二叉查找樹代替
之所以選擇紅黑樹是為了解決二叉查找樹的缺陷，二叉查找樹在特殊情況下會(huì)變成一條線性結(jié)構(gòu)（這就跟原來(lái)使用鏈表結(jié)構(gòu)一樣了，造成很深的問(wèn)題），遍歷查找會(huì)非常慢。
而紅黑樹在插入新數(shù)據(jù)后可能需要通過(guò)左旋，右旋、變色這些操作來(lái)保持平衡，引入紅黑樹就是為了查找數(shù)據(jù)快，解決鏈表查詢深度的問(wèn)題，我們知道紅黑樹屬于平衡二叉樹，但是為了保持“平衡”是需要付出代價(jià)的，但是該代價(jià)所損耗的資源要比遍歷線性鏈表要少，所以當(dāng)長(zhǎng)度大于8的時(shí)候，會(huì)使用紅黑樹，如果鏈表長(zhǎng)度很短的話，根本不需要引入紅黑樹，引入反而會(huì)慢。
jdk8中對(duì)HashMap做了哪些改變
在java 1.8中，如果鏈表的長(zhǎng)度超過(guò)了8，那么鏈表將轉(zhuǎn)換為紅黑樹。（桶的數(shù)量必須大于64，小于64的時(shí)候只會(huì)擴(kuò)容）
發(fā)生hash碰撞時(shí)，java 1.7 會(huì)在鏈表的頭部插入，而java 1.8會(huì)在鏈表的尾部插入
在java 1.8中，Entry被Node替代(換了一個(gè)馬甲)
Hashmap 的容量大小為什么要求是2n
這里首選要說(shuō)明一個(gè)前提，那就是元素在數(shù)組中的位置的計(jì)算方式是 tab[i = (n - 1) & hash] 也就是通過(guò)對(duì)數(shù)組大小求模得到的，因?yàn)槲覀冎纇ash 的計(jì)算方式是 ?hashCode() 的高 16 位異或低 16 位實(shí)現(xiàn)的，32 位值只要有一位發(fā)生改變，整個(gè) hash() 返回值就會(huì)改變，也就是說(shuō)我們的hash 值發(fā)生沖突的概率是比較小的，也就是說(shuō)hash 值是比較隨機(jī)的
所以更多的沖突是發(fā)生在取模的時(shí)候，所以這個(gè)時(shí)候只要保證了我們的取模運(yùn)算 (n - 1) & hash，盡量能保證hash 值的特性也就是隨機(jī)性。因?yàn)槲覀冎琅c運(yùn)算的特點(diǎn)是,兩位同時(shí)為“1”，結(jié)果才為“1”，否則為0
所以這個(gè)時(shí)候我們只要 (n - 1) 讓的二進(jìn)制表示都是一串1，例如"011111" 就可以了，因?yàn)榘参慌c1 結(jié)果是不變的，也就是可以延續(xù)hash 值的散列性
其實(shí)到這里就差不多了，然后我們看2n 的表示特點(diǎn)，然后就知道為什么要就hashmap 的大小是 2n了, 2n次方的二進(jìn)制表示大家肯定都很清楚，2的6次方，就是從右向左 6 個(gè) 0，然后第 7 位是 1
其實(shí)這下我們就知道為什么了，因?yàn)橹挥袛?shù)組的長(zhǎng)度是2的次方了，n-1 的二進(jìn)制才能盡可能多的是1