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Java HashMap源碼深入分析講解

 更新時(shí)間:2022年08月27日 10:01:51   作者:niuyongzhi  
在java開(kāi)發(fā)中,HashMap是最常用、最常見(jiàn)的集合容器類之一,下面一起溫故一下,文中通過(guò)示例代碼介紹的非常詳細(xì),對(duì)大家的學(xué)習(xí)或者工作具有一定的參考學(xué)習(xí)價(jià)值,需要的朋友們下面隨著小編來(lái)一起學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)吧

1.HashMap是數(shù)組+鏈表(紅黑樹(shù))的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

數(shù)組用來(lái)存放HashMap的Key,鏈表、紅黑樹(shù)用來(lái)存放HashMap的value。

2.HashMap大小的確定:

1) HashMap的初始大小是16,在下面的源碼分析中會(huì)看到。

2)如果創(chuàng)建時(shí)給定大小,HashMap會(huì)通過(guò)計(jì)算得到1、2、4、8、16、32、64....這樣的二進(jìn)制位作為HashMap數(shù)組的大小。

    //如何做到的呢?通過(guò)右移和或運(yùn)算,最終n = xxx11111。n+1 = xx100000,2的n次方,即為數(shù)組大小
    static final int tableSizeFor(int cap) {
        int n = cap - 1;
        n |= n >>> 1;
        n |= n >>> 2;
        n |= n >>> 4;
        n |= n >>> 8;
        n |= n >>> 16;
        return (n < 0) ? 1 : n + 1;
    }

3.如何將key映射成數(shù)組角標(biāo):

我們都知道數(shù)組的下標(biāo)是0,1,2,3,4,5,6.....這樣的連續(xù)整數(shù),那么、HashMap是怎么將Key轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的數(shù)組角標(biāo)的呢?

	//1. int h = key.hashCode 得到key的hashCode.
    //2. int j = h>>>16 右移16位
    //3. int hash = h^j 異或,將hashCode變?yōu)閔ash值。
    //通過(guò)hash算法將hashCode轉(zhuǎn)換為hash值,注意hash值和hashCode不是一回事。
    //4.int index = (n - 1) & hash,n是數(shù)組的長(zhǎng)度,計(jì)算得到的index即為數(shù)組的角標(biāo)。
	//有興趣的朋友,可以寫幾行代碼進(jìn)行驗(yàn)證。
    static final int hash(Object key) {
        int h;
        return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
    }
	static final int index(int hash,int n){
		return (n - 1) & hash;
	}

4.Value值如何存儲(chǔ)?

HashMap將key的hashCode轉(zhuǎn)換為數(shù)組角標(biāo),必然會(huì)存在多個(gè)元素的key轉(zhuǎn)換成同一個(gè)角標(biāo)的情況。針對(duì)這樣的情況,HashMap采用鏈表和紅黑數(shù)的方式存儲(chǔ)Value值。java8以后默認(rèn)先以單鏈表的方式存儲(chǔ)。當(dāng)單鏈表中的元素超過(guò)8個(gè)后,單鏈表會(huì)轉(zhuǎn)換成紅黑樹(shù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。當(dāng)紅黑樹(shù)上的節(jié)點(diǎn)數(shù)量少于6個(gè)會(huì)重新變?yōu)閱捂湵斫Y(jié)構(gòu)。

5.put實(shí)現(xiàn)原理:

1)通過(guò)算法,計(jì)算出key對(duì)應(yīng)的數(shù)組角標(biāo)。

2)取出數(shù)組角標(biāo)存儲(chǔ)的節(jié)點(diǎn),如果為null直接存儲(chǔ),如果不為null,則對(duì)鏈表進(jìn)行遍歷,先比較兩個(gè)元素的hash值,再判斷key的equale,如果一樣,說(shuō)明key已經(jīng)存在,則不存儲(chǔ),這也就是hashmapKey不能重復(fù)的原因。如果不一樣,則以鏈表或紅黑樹(shù)的方式存儲(chǔ)。

final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,
                   boolean evict) {
        Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, i;
        //如果數(shù)組是null 或者長(zhǎng)度為0,則創(chuàng)建數(shù)組 resize()
        if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
            //resize既是創(chuàng)建,也是擴(kuò)容
            n = (tab = resize()).length;
        //取出索引為i的Node賦值給p,如果為null,說(shuō)明這個(gè)位置沒(méi)有節(jié)點(diǎn)
        if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
            //創(chuàng)建Node,并放在角標(biāo)為i的位置。這個(gè)node是一個(gè)單鏈表結(jié)構(gòu)
            tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
        else {//如果i的位置有節(jié)點(diǎn),則添加到鏈表中
            Node<K,V> e; K k;
            //先判斷hash是否一致,再判斷key,如果一樣,則說(shuō)明是同一個(gè)Key,
            //直接將p賦值給e,這也就是hashMap和HashSet的key不能重復(fù)的原因
            if (p.hash == hash &&
                    ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                e = p;
            else if (p instanceof TreeNode)//紅黑樹(shù)
                e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
            else {
                //創(chuàng)建新的node添加的鏈表的末尾
                for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
                    //將下一個(gè)節(jié)點(diǎn)賦值給e。如果e==null,說(shuō)明遍歷到最后一個(gè)節(jié)點(diǎn),
                    if ((e = p.next) == null) {
                        //創(chuàng)建新的節(jié)點(diǎn),添加到鏈表末尾
                        p.next = newNode(hash, key, value, null);
                        //static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8;
                        //當(dāng)鏈表長(zhǎng)度大于等于8時(shí),
                        if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st
                            treeifyBin(tab, hash);//轉(zhuǎn)換成紅黑樹(shù)
                        break;
                    }
                    //去重
                    if (e.hash == hash &&
                            ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                        break;
                    //將當(dāng)前的e賦值給p
                    p = e;
                }
            }
            if (e != null) { // existing mapping for key
                V oldValue = e.value;
                if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
                    e.value = value;
                afterNodeAccess(e);
                return oldValue;
            }
        }
        ++modCount;
        if (++size > threshold) //添加元素個(gè)數(shù)大于數(shù)組長(zhǎng)度時(shí),進(jìn)行擴(kuò)容
            resize();
        afterNodeInsertion(evict);
        return null;
    }

6.get方法,HashMap如何取出元素。

取數(shù)據(jù)時(shí),如何判斷傳入的key和map中的key是同一個(gè)key呢?

e.hash == hash &&

((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k)))

通過(guò)源碼可以看到,必須滿足兩個(gè)條件,hash值必須相等,然后再判斷,key的引用是否一致,或者key的equals是否是true。這也就是為啥要同時(shí)復(fù)寫對(duì)象的hashCode和equals方法的原因。

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;
        // 數(shù)組不為空且長(zhǎng)度大于0,對(duì)應(yīng)角標(biāo)的第一個(gè)node,first
        if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 &&
                (first = tab[(n - 1) & hash]) != null) {
            if (first.hash == hash && //如果和第一個(gè)是同一個(gè)直接返回
                    ((k = first.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                return first;
            if ((e = first.next) != null) {//和鏈表第一個(gè)節(jié)點(diǎn)不一致,則進(jìn)行遍歷
                if (first instanceof TreeNode)//紅黑樹(shù)
                    return ((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);//遍歷鏈表取出和key一致的node
            }
        }
        return null;
    }

7.HashMap的擴(kuò)容

擴(kuò)容因子: static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;

默認(rèn)大小:static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; // aka 16

擴(kuò)容閾值:int threshold;

 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) {//數(shù)組長(zhǎng)度大于0
            if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) {
                threshold = Integer.MAX_VALUE;
                return oldTab;
            }else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY &&
                    oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY){
                newThr = oldThr << 1; // 數(shù)組大于默認(rèn)大小時(shí), 擴(kuò)容閾值是原來(lái)的2倍
            }
        } else if (oldThr > 0) //初始化時(shí),threshold已被設(shè)置(調(diào)用有參構(gòu)造函數(shù)時(shí))
            newCap = oldThr; //將數(shù)組長(zhǎng)度設(shè)置為threshold值。
        else { //如果數(shù)組和閾值都為0 (調(diào)用無(wú)參構(gòu)造函數(shù))
            newCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY; //默認(rèn)數(shù)組大小,
            //擴(kuò)容閾值為默認(rèn)數(shù)組大小的0.75倍
            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) {//遍歷數(shù)組
                Node<K,V> e;
                if ((e = oldTab[j]) != null) {//取出數(shù)組元素,也就是鏈表的第一個(gè)節(jié)點(diǎn)
                    oldTab[j] = null;
                    if (e.next == null)//鏈表只有首個(gè)節(jié)點(diǎn)
                        newTab[e.hash & (newCap - 1)] = e;
                    else if (e instanceof TreeNode)//紅黑樹(shù)
                        ((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;
    }
}

到此這篇關(guān)于Java HashMap源碼深入分析講解的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Java HashMap內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家!

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