JDK1.8源碼分析筆記-HashMap

PUT方法背后的原理

如何存儲(chǔ)

image

1. 計(jì)算出key的hash值

static final int hash(Object key) {
        int h;
        return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
    }

擾動(dòng)處理混合哈希碼的高位和低位（實(shí)際上只擾動(dòng)了低位）。經(jīng)過(guò)擾動(dòng)處理，使得存儲(chǔ)Node的數(shù)組長(zhǎng)度在很小的時(shí)候（即取的低位很少時(shí)）減少?zèng)_突。

2. 計(jì)算出存儲(chǔ)位置 i

i = (n - 1) & hash

其中n為數(shù)組長(zhǎng)度缺省為16見HashMap類的常量定義

/**
 * The default initial capacity - MUST be a power of two.
 */
static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; // aka 16

一般我們常見的固定范圍均勻分散用%(模運(yùn)算)，這邊使用&(與運(yùn)算)是因?yàn)榕c運(yùn)算具有更好的性能。

通過(guò)測(cè)試發(fā)現(xiàn)&操作在對(duì)0~100的數(shù)據(jù)分散到15個(gè)位置時(shí)并不能很好的均勻分布，但是在分散到16個(gè)位置時(shí)就沒(méi)有問(wèn)題。這是因?yàn)?6的二進(jìn)制數(shù)據(jù)為10000
低位全是0，減1后為1111，這時(shí)&運(yùn)算等價(jià)于%模運(yùn)算。這就是很多面試題中提到的為什么HashMap的數(shù)組長(zhǎng)度必須是2的n次冪的原因。

3. 創(chuàng)建Node對(duì)象并存儲(chǔ)到數(shù)組中

final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,
                   boolean evict) {
    ...
    
    if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
                tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
                
    ...
            
}


Node<K,V> newNode(int hash, K key, V value, Node<K,V> next) {
    return new Node<>(hash, key, value, next);
}

不同的key計(jì)算出相同的存儲(chǔ)位置怎么辦

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public V put(K key, V value) {
    return putVal(hash(key), key, value, false, true);
}

final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,
                   boolean evict) {
        Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, I;
        // 1. 初始化table數(shù)組
        if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
            n = (tab = resize()).length;
        // 2. 根據(jù)key的hash值計(jì)算出Node存放在數(shù)組中的位置，如果為null則直接存儲(chǔ)    
        if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
            tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
        else {
            // 3. 即將放入的key與之前存儲(chǔ)的key一致
            Node<K,V> e; K k;
            if (p.hash == hash &&
                ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                e = p;
            // 4. 之前存儲(chǔ)的Node已經(jīng)升級(jí)為紅黑數(shù)結(jié)構(gòu)    
            else if (p instanceof TreeNode)
                e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
            else {
                // 5. 遍歷鏈表不存在則新增，長(zhǎng)度>=8時(shí)鏈表轉(zhuǎn)換成紅黑樹
                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;
                }
            }
            // 6. 存在則替換就的value
            if (e != null) { // existing mapping for key
                V oldValue = e.value;
                if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
                    e.value = value;
                afterNodeAccess(e);
                return oldValue;
            }
        }
        ++modCount;
        // 7. 長(zhǎng)度大于閥值進(jìn)行擴(kuò)容
        if (++size > threshold)
            resize();
        afterNodeInsertion(evict);
        return null;
    }

總結(jié)：

  • key的引用地址相等或者key的hash值相等并且equals方法返回true則認(rèn)為是相同的key,在設(shè)置了onlyIfAbsent=false 或者 舊的值為null時(shí)將進(jìn)行替換
  • 當(dāng)鏈表長(zhǎng)度>=8時(shí)為了提高查詢效率會(huì)將鏈表結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為紅黑樹（紅黑樹細(xì)節(jié)會(huì)在TreeMap的源碼解讀中詳細(xì)描述）
  • modCount用于記錄HashMap的修改次數(shù),HashMap不是線程安全的在讀取時(shí)修改數(shù)據(jù)迭代器就會(huì)拋出ConcurrentModificationException異常
  • 存儲(chǔ)的鍵值對(duì)的個(gè)數(shù)>閥值（容量*負(fù)載因子）時(shí)會(huì)進(jìn)行數(shù)組擴(kuò)容
  • 負(fù)載因子缺省為0.75這是一個(gè)權(quán)衡值。太大會(huì)加劇hash沖突，太小會(huì)造成空間浪費(fèi)

如何擴(kuò)容

/**
 * resize方法會(huì)在第一次初始化或者容量不夠時(shí)被調(diào)用
 */
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) {
                threshold = Integer.MAX_VALUE;
                return oldTab;
            }
            // 沒(méi)有超過(guò)最大值則擴(kuò)容為原來(lái)數(shù)組長(zhǎng)度的2倍
            else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY &&
                     oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)
                newThr = oldThr << 1; // double threshold
        }
        else if (oldThr > 0) // initial capacity was placed in threshold
            newCap = oldThr;
        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
                        // 將舊的鏈表拆分成兩個(gè)鏈表
                        // 拆分規(guī)則：將hash與擴(kuò)容后新增的參與運(yùn)算的位進(jìn)行&運(yùn)算如果為0則存儲(chǔ)的原始位置，為1則存儲(chǔ)在原始位置+擴(kuò)容前的容量
                        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;
    }

總結(jié)：

  • 擴(kuò)容為原來(lái)數(shù)組長(zhǎng)度的2倍
  • 遍歷舊的數(shù)據(jù)將其移動(dòng)到新的數(shù)組中，遇到鏈表時(shí)將舊的鏈表拆分成兩個(gè)鏈表 拆分規(guī)則：將hash與擴(kuò)容后新增的參與運(yùn)算的位進(jìn)行&運(yùn)算如果為0則存儲(chǔ)的原始位置，為1則存儲(chǔ)在原始位置+擴(kuò)容前的容量（原因是使用的2次冪的擴(kuò)展即高位增加一位比如16擴(kuò)容到32 二進(jìn)制參與&運(yùn)算的n-1 由1111變成11111， 即hash需要與新增的高位10000進(jìn)行&運(yùn)算 ，運(yùn)算結(jié)果為0即數(shù)組下標(biāo)為原始位置；運(yùn)算結(jié)果為1則數(shù)組下標(biāo)為原始位置+擴(kuò)容前舊的容量）

GET方法為何能快速獲取值

public V get(Object key) {
        Node<K,V> e;
        return (e = getNode(hash(key), key)) == null ? null : e.value;
    }

final Node<K,V> getNode(int hash, Object key) {
    Node<K,V>[] tab; Node<K,V> first, e; int n; K k;
    // 計(jì)算存放在數(shù)組table中的位置
    if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 &&
        (first = tab[(n - 1) & hash]) != null) {
        // 依次在數(shù)組、紅黑樹、鏈表中查找（通過(guò)equals（）判斷）
        // 1. 數(shù)組查找
        if (first.hash == hash && // always check first node
            ((k = first.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
            return first;
        if ((e = first.next) != null) {
            // 2. 紅黑樹查找
            if (first instanceof TreeNode)
                return ((TreeNode<K,V>)first).getTreeNode(hash, key);
            // 3. 鏈表查找    
            do {
                if (e.hash == hash &&
                    ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                    return e;
            } while ((e = e.next) != null);
        }
    }
    return null;
}

HashMap在日常使用中會(huì)有哪些問(wèn)題？

線程不安全

JDK1.7 并發(fā)操作時(shí)resize方法易出行鏈表遍歷死循環(huán)，JDK 1.8 轉(zhuǎn)移數(shù)據(jù)操作 = 按舊鏈表的正序遍歷鏈表、在新鏈表的尾部依次插入，所以不會(huì)出現(xiàn)鏈表 逆序、倒置的情況，故不容易出現(xiàn)環(huán)形鏈表的情況。

key為Object類型需要注意哪些問(wèn)題

  • hashCode() 用于計(jì)算存儲(chǔ)位置，選擇不恰當(dāng)易造成hash碰撞影響性能
  • equals() 保證key在哈希表中的唯一性
  • hashCode()、equals() (如果進(jìn)行重寫操作，一定要確保同時(shí)被正確重寫)
?著作權(quán)歸作者所有,轉(zhuǎn)載或內(nèi)容合作請(qǐng)聯(lián)系作者
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