HashMap概述

hashMap是在Java中經(jīng)常使用的一個(gè)類，繼承自AbstractMap類實(shí)現(xiàn)了map接口，在jdk1.8中對hashMap進(jìn)行了一次結(jié)構(gòu)上的變動(dòng)，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)

graph1.png

上圖為hashmap的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)圖，hashMap本質(zhì)上是一個(gè)數(shù)組，而每個(gè)數(shù)組元素是一個(gè)鏈表，當(dāng)鍵值對存入hashMap時(shí)會根據(jù)他的key的hashcode來計(jì)算它存放在數(shù)組位置的下標(biāo)，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。
在jdk1.8中，當(dāng)沖突元素過多導(dǎo)致鏈表過長時(shí)會將鏈表轉(zhuǎn)換為紅黑樹來提高性能。

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，當(dāng)單鏈表的節(jié)點(diǎn)長度超過閾值時(shí)使用紅黑樹來存儲
    static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8;

//當(dāng)進(jìn)行resize操作時(shí)導(dǎo)致樹的節(jié)點(diǎn)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，當(dāng)數(shù)組長度小于64時(shí)不進(jìn)行紅黑樹轉(zhuǎn)換而是擴(kuò)容
    static final int MIN_TREEIFY_CAPACITY = 64;
    //這個(gè)即為hash表數(shù)組，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，并不是容量
    transient int size;

    //hashmap的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化的次數(shù)，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(yùn)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、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(gè)元素，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，進(jìn)行紅黑樹節(jié)點(diǎn)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，新建節(jié)點(diǎn)
                    if ((e = p.next) == null) {
                        p.next = newNode(hash, key, value, null);
                        //新建節(jié)點(diǎn)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(diǎn)
                    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(diǎn)之后判斷是否要擴(kuò)容
        //注意?。。〈颂幣cjdk1.7不同，jdk1.7中進(jìn)行resize操作是要求size>threshold且該hashmap的
        //每個(gè)位置都不能為null，也就是說每個(gè)位置都至少存在一個(gè)元素才會擴(kuò)容，因此在1.7中進(jìn)行調(diào)
        //試的時(shí)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。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。
        if (++size > threshold)
            resize();
        afterNodeInsertion(evict);
        return null;
    }

hashMap的put方法實(shí)際上是調(diào)用這個(gè)putVal()方法來實(shí)現(xiàn)的，基本的放入過程已經(jīng)在注釋中解釋了，注意這里在jdk1.7和jdk1.8中的區(qū)別有兩個(gè)：
一、在jdk1.7中進(jìn)行resize操作是要求size>threshold且該hashmap的每個(gè)位置都不能為null，也就是說每個(gè)位置都至少存在一個(gè)元素才會擴(kuò)容，我曾經(jīng)在jdk1.7時(shí)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(shí)的閾值）時(shí)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，因?yàn)樯厦娴脑创a并沒有進(jìn)行全部不為null的判斷。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(shí)，變成鏈表或樹的時(shí)候新插入的值總是在鏈表的結(jié)尾處，而在jdk1.7中正好相反，會在鏈表的頭部進(jìn)行插入

2、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，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，需要對每一個(gè)元素進(jìn)行hash重計(jì)算，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(jì)，設(shè)計(jì)好適合的初始容量和負(fù)載因子，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，試想一下這種情況：我的hashmap很長時(shí)間都在我設(shè)計(jì)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，而且過了這天這些鍵值對就會被remove掉，而且很長一段時(shí)間之后才會再有這么多鍵值對進(jìn)入，這個(gè)時(shí)候由于進(jìn)行擴(kuò)容了導(dǎo)致此hashmap有大量的空位置，而這些位置又是很長時(shí)間不會有值進(jìn)入就會導(dǎo)致大量的空間被浪費(fèi)。如果hashmap能夠提供手動(dòng)的縮容操作則可以避免這種情況。