HashMap 实现原理 以及扩容机制

HashMap 的 put 以及扩容基本实现

数据结构

上述截图是 HashMap 的内部存储的数据结构。大体上是通过 hash 值来获取到对应的下标。如果当前下标为 null 的话，直接创建并设置一个新的节点，反之就是添加到该链表的最后

put 过程

• 第一步：执行 put 方法 顺便获取数组的长度

  if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)n = (tab = resize()).length;
  

  • 如果是第一次执行，table 就是 null，那么一定会执行到 if 判断中 然后执行扩容方法，此时变量n 就会有一个数组长度

• 第二步：通过代码(n - 1) & hash 来计算出一个对应的下标，将对应下标的 tab 的值获取出来，判断是否为 null，如果是 null 的话，说明该节点没有任何值

  if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
  

• 第三步：通过 hash 得到对应的下标，获取到下标对应的链表。

  • 循环判断 每个链表的节点的 hash 以及 key 是否相同，如果相同更新节点
  • 如果执行到最后还是没有找到，直接添加到链表最后。

• 第四步：如果添加数组的 size > threshold 的话，调用方法resize() 进行扩容

扩容过程

• 第一步：变量的初始化

  • 获取对应的 table 数组 oldTab. 如果是第一次的话 一定是一个 null
  • 获取对应的 table 数组的长度，如果oldTab === null 的话，设置为 0， 反之就是 oldTab 长度

• 第二步：通过if (oldCap > 0) 来判断旧的数组中是否有值

  • 如果if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) 条件满足的话，说明长度已经是最大值了，无法扩容了。直接执行代码threshold = Integer.MAX_VALUE;, 返回旧的数组
  • 如果 newCap < 最大容量 && 旧数组长度 >= 默认的容量 满足的话，将新的newThr 扩大 旧阀值oldThr 一倍

• 第三步：如果if (oldThr > 0) 满足的话，直接将老的阀值 赋值给 新数组长度

• 第四步：上述以外的场合，赋值新的数组长度 以及新的阀值。

  • 新的数组长度是：newCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY;
  • 新的阀值是(加载因子 * 默认长度)：newThr = (int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR _ DEFAULT_INITIAL_CAPACITY);

• 第五步：如果满足newThr == 0的话，计算新的阀值。

  • 

• 第六步：此时计算出新的数组长度 以及阀值。 根据新数组长度构建新的数组，然后将旧数组的值 逐个移动到 新的数组上

HashMap 基本属性

 // 默认的初期化的容量static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4;// 最大的容量static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;// 加载因子static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;// 树的阈值static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8;// 不可恢复的阈值static final int UNTREEIFY_THRESHOLD = 6;static final int MIN_TREEIFY_CAPACITY = 64;// 表示节点元素static class Node implements Map.Entry// 判断扩容的阀值 根据此值来判断是否进行扩容int threshold;

HashMap 构造方法

• 多参构造方法

// hashMap 的多参构造方法
public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {// 如果初始的容量长度 < 0的话 直接抛出异常if (initialCapacity < 0)throw new IllegalArgumentException("Illegal initial capacity: " +initialCapacity);// 如果初始容量 > 最大的容量的时候 直接赋值最大容量if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY)initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY;// 如果加载因子 <=0 或是 加载因子是NaN 的话 报异常if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor))throw new IllegalArgumentException("Illegal load factor: " +loadFactor);// 赋值加载因子this.loadFactor = loadFactor;this.threshold = tableSizeFor(initialCapacity);
}

• 无参构造方法

// 表示无参构造方法
public HashMap() {// 默认的初始加载因子this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR; // all other fields defaulted
}

HashMap Put 方法

// 添加元素的方法
final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,boolean evict) {// tab 整个存放hashMap的 tab// p 单个元素的Node节点Node[] tab; Node p; int n, i;// 此判断为table 为null || table数据为空 所以length == 0if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)// 开始扩容 获取长度n = (tab = resize()).length;// 如果数组的指定位置(n - 1) & hash 为null的话 直接将新节点 赋值到这里// 通过公式(n - 1) & hash 根据hash 指定数组的位置if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)// 如果此时的节点为null的话  表示没有节点 直接插入新的节点tab[i] = newNode(hash, key, value, null);else {// 如果可以执行到这一步的话 表示p不为null  获取的就是tab 指定位置的值// eNode e; K k;// 表示同一个hash戳  && key 保持一致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 {// 此处是一个累加的循环for (int binCount = 0; ; ++binCount) {// p 表示相同hash的节点 如果能执行到这里 表示p本身是一个链表节点if ((e = p.next) == null) {// 构建下一个新的节点p.next = newNode(hash, key, value, null);if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1sttreeifyBin(tab, hash);break;}// 一直循环下一个节点 查看是否可以更新 (hash相同 key相同)if (e.hash == hash &&((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))break;p = e;}}// 如果e 不为null 表示更新操作。if (e != null) { // existing mapping for keyV oldValue = e.value;if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)// 更新值e.value = value;afterNodeAccess(e);return oldValue;}}++modCount;if (++size > threshold)resize();afterNodeInsertion(evict);return null;
}

HashMap Resize 扩容方式

// 修改HashMap 的大小
final Node[] resize() {// 旧的 table数组 就是存储数据的， 第一次肯定是nullNode[] oldTab = table;// 旧的tab oldTab == null ? 是0  : 反之就是oldTab 长度int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length;// 阈值int oldThr = threshold;// 新的table  以及新的阀值int newCap, newThr = 0;// 如果旧的数组长度 > 0 说明旧table 中存在数据if (oldCap > 0) {// 旧数组长度 >= 最大值。 说明已经不能再次扩容了  设置阀值为最大值 然后返回旧tableif (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) {// 阀值设置为最大 说明已经没法扩容了 thresholdthreshold = Integer.MAX_VALUE;return oldTab;}// newCap 将旧数组长度 扩大 一倍// 如果newCap < 最大容量 && 旧数组长度 >= 默认的容量else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY &&oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)// 把阀值扩大一倍newThr = oldThr << 1; // double threshold}// 如果旧的阀值 > 0 的话 直接使用旧的阀值 取代 新的数组else if (oldThr > 0) // initial capacity was placed in thresholdnewCap = oldThr;else {               // zero initial threshold signifies using defaults// 其余的走默认值// newCap 表示新的数组长度newCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY;// 阀值为 初始长度 * 加载因子newThr = (int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY);}if (newThr == 0) {// 获取的浮动值float ft = (float)newCap * loadFactor;// 新的阀值newThr = (newCap < MAXIMUM_CAPACITY && ft < (float)MAXIMUM_CAPACITY ?(int)ft : Integer.MAX_VALUE);}threshold = newThr;@SuppressWarnings({"rawtypes","unchecked"})// 表示一个新的tabNode[] newTab = (Node[])new Node[newCap];// 赋值tabletable = newTab;// 如果旧的table 不为 nullif (oldTab != null) {// 通过for 循环oldCap 长度for (int j = 0; j < oldCap; ++j) {Node e;// 如果不为null的话if ((e = oldTab[j]) != null) {// 将当前值设置为nulloldTab[j] = null;// 如果e的next 是nullif (e.next == null)// 给newTab 赋值 enewTab[e.hash & (newCap - 1)] = e;else if (e instanceof TreeNode)((TreeNode)e).split(this, newTab, j, oldCap);else { // preserve orderNode 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;elseloTail.next = e;loTail = e;}else {if (hiTail == null)hiHead = e;elsehiTail.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;
}