9-HashMap底层结构和源码分析

9-HashMap底层结构和源码分析

1-HashMap底层结构阐明

• HashMap 底层维护的是数组 + 链表 + 红黑树，（jdk 7 版本的 HashMap 底层实现（数组 + 链表），jdk 8 版本底层实现（数组 + 链表 + 红黑树） ）。
  
• 数组中存放的是 HashMap 的内部类 Node （实现 Map.Entry）数据结点。
  
• 扩容机制
  
  
  • HashMap 底层维护了 Node 类型数组 table ，默认为 null 。
    
  • 当创建对象时，将加载因子（loadfactor）初始化为 0.75。
    
  • 当添加 Key-Value 时，通过 Key 的哈希值得到在 table 中的索引。然后判定该索引处是否有元素，假如没有元素直接添加。假如该索引处有元素，继续判定该元素的 Key 是否和预备加入的 Key 相等，假如相等，则直接替换 Value ；若果不想等需要判定是树结构还是链表结构，做出相应的处理。假如添加时发现容量不敷，则需要扩容。
    
  • 首次添加，则需要扩容 table 为 16，临界值 threshold 为 12.
    
  • 以后扩容，则为原来容量的2倍，临界值也是一样。
    
  • 在 Java 8 中，若一条链表的元素个数凌驾 TREEIFY_THRESHOLD （默认链表树化的门槛或阈值为 8 ），并且 表 table 的容量 => MIN_TREEIFY_CAPACITY（默认表树化的门槛或阈值为 64），就会进行树化（红黑树）。
    
  
  
• HashMap 添加元素底层源码流程分析
  

• HashMap 底层源码分析
  

1. // 添加元素的核心方法有 hash、putval、resize、treeifyBin、putTreeVal
3. // hash
4. // 根据传入的 Key 对象生成对应的 hash 值
5. // 若为 null ，则 hash = 0
6. // 若不为 null ，则先获取 Key 对象的 hashcode 值然后按位异或 hashcode 值的逻辑右移 16 位
7. static final int hash(Object key) {
8.         int h;
9.         return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
10. }
12.     // resize
13.     // 扩容
14.     final Node<K,V>[] resize() {
15.         // 获取当前表
16.         Node<K,V>[] oldTab = table;
17.         // 获取当前表容量
18.         // 若当前表为空，说明当前表可能是刚初始化的表，则表的容量也为 0
19.         // 若当前表不为空，当前表的容量为 oldTab.length
20.         int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length;
21.         // 获取当前扩容警戒值
22.         int oldThr = threshold;
23.         // 初始化当前表扩容后的新容量、新扩容警戒值
24.         int newCap, newThr = 0;
25.         // 判断当前表的容量，若是满足此种情况，说明已经扩过容了，不是初始化状态了
26.         // 嵌套条件判断
27.         // (1) 当前表达到或超出最大默认容量，仅需改变当前扩容警戒值，然后返回当前表
28.         // (2) 按当前表的容量扩容二倍给新表且小于默认最大容量，同时还满足当前表大于默认初始容量（16），
29.         //            则新扩容警戒值变为原来的 2 倍，等待之后进行扩容即可
30.         if (oldCap > 0) {
31.             if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) {
32.                 threshold = Integer.MAX_VALUE;
33.                 return oldTab;
34.             }
35.             else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY &&
36.                      oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)
37.                 newThr = oldThr << 1; // double threshold
38.         }
39.         // 判断当前扩容警戒值，满足这一条件说明是通过 HashMap(int) 或者 HashMap(int,float) 初始化的 HashMap
40.         // 将原本在初始化的 threshold 的值（这就是指定的初始化容量）赋给 newCap
41.         // 此时，处理完 newCap 等待后续处理 newThr ，在等待扩容就行了
42.         else if (oldThr > 0) // initial capacity was placed in threshold
43.             newCap = oldThr;
44.         // 此为 HashMap()初始化的 HashSet 进行首次扩容
45.         // 等待扩容即可
46.         else {               // zero initial threshold signifies using defaults
47.             newCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY;
48.             newThr = (int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY);
49.         }
50.         // 此判断是为了处理通过 HashMap(int) 或者 HashMap(int,float) 初始化的 HashMap
51.         // 的 newThr ，完毕之后等待扩容即可
52.         if (newThr == 0) {
53.             float ft = (float)newCap * loadFactor;
54.             newThr = (newCap < MAXIMUM_CAPACITY && ft < (float)MAXIMUM_CAPACITY ?
55.                       (int)ft : Integer.MAX_VALUE);
56.         }
57.         // 将扩容后的扩容警戒值赋给实际对象的扩容警戒值
58.         threshold = newThr;
59.         @SuppressWarnings({"rawtypes","unchecked"})
60.         // 根据 newCap 进行扩容
61.         Node<K,V>[] newTab = (Node<K,V>[])new Node[newCap];
62.         // 将扩容后的新表赋给实际对象的表
63.         table = newTab;
64.         // 将原有表的数据全部复制到当前新表（上一步已替换）
65.         if (oldTab != null) {
66.             for (int j = 0; j < oldCap; ++j) {
67.                 Node<K,V> e;
68.                 if ((e = oldTab[j]) != null) {
69.                     oldTab[j] = null;
70.                     if (e.next == null)
71.                         newTab[e.hash & (newCap - 1)] = e;
72.                     else if (e instanceof TreeNode)
73.                         ((TreeNode<K,V>)e).split(this, newTab, j, oldCap);
74.                     else { // preserve order
75.                         Node<K,V> loHead = null, loTail = null;
76.                         Node<K,V> hiHead = null, hiTail = null;
77.                         Node<K,V> next;
78.                         do {
79.                             next = e.next;
80.                             if ((e.hash & oldCap) == 0) {
81.                                 if (loTail == null)
82.                                     loHead = e;
83.                                 else
84.                                     loTail.next = e;
85.                                 loTail = e;
86.                             }
87.                             else {
88.                                 if (hiTail == null)
89.                                     hiHead = e;
90.                                 else
91.                                     hiTail.next = e;
92.                                 hiTail = e;
93.                             }
94.                         } while ((e = next) != null);
95.                         if (loTail != null) {
96.                             loTail.next = null;
97.                             newTab[j] = loHead;
98.                         }
99.                         if (hiTail != null) {
100.                             hiTail.next = null;
101.                             newTab[j + oldCap] = hiHead;
102.                         }
103.                     }
104.                 }
105.             }
106.         }
107.         return newTab;
108.     }
109.    
110.     // putval
111.     // 存储数据
112.     final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent, boolean evict) {
113.         Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, i;
114.         // 判断当前表
115.         // 1. 获取当前表，并确认是否为空，说明当前表可能为刚初始化的 HashMap （HashSet）
116.         // 2. 获取当前表的长度，并确认是否为空，说明当前表可能执行过 clear 方法
117.         // 满足任一条件后，进行容量处理，并获取处理后的表的长度
118.         if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
119.             n = (tab = resize()).length;
120.         // 根据 hash 值计算索引值，并获取索引上的数据元素，然后判断是否为空
121.         // 若为空，直接将该数据元素插入该索引
122.         if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
123.             tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
124.         // 若不为空，开始进行数据比对
125.         else {
126.             Node<K,V> e; K k;
127.             // 先与索引上的数据结点进行比对
128.             // 以下是相同的数据元素，会直接赋给 e ，然后返回旧值，代表元素重复
129.             // 从 hash 和 key 或者 equals（可自定义） 来进行判断
130.             // 相同元素的 hash 值是相同的，所以这个要注意有个哈希值控制方法
131.             // 不同对象的哈希值一定是不同的，但 String 对象除外，之前介绍过
132.             // 而且可以通过重写 equals 和 hashCode 来达到对于同一类的对象如何
133.             // 为相同的可以进行控制
134.             if (p.hash == hash &&
135.                 ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
136.                 e = p;
137.             // 树结点的实例
138.             // 是的话进行树结点的元素比对和存储
139.             else if (p instanceof TreeNode)
140.                 e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
141.             // 链表
142.             else {
143.                 // binCount 是统计链表的元素个数，不包括索引上的数据结点
144.                 for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
145.                     // 查看 p 是否有下一个结点
146.                     // 若为 null 的话，直接插入元素即可
147.                     // 然后再来判断链表元素个数是否达到树化条件
148.                     // 结束循环，之后处理 e
149.                     if ((e = p.next) == null) {
150.                         p.next = newNode(hash, key, value, null);
151.                         if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st
152.                             treeifyBin(tab, hash);
153.                         break;
154.                     }
155.                     // p 的下一个结点不为 null
156.                     // 进行元素比对，和之前的方式一样
157.                     // 元素一致的话就结束循环，之后处理 e
158.                     if (e.hash == hash &&
159.                         ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
160.                         break;
161.                     p = e;
162.                 }
163.             }
164.             // 判断 e 是否存在值
165.             // 若有的话，则说明有重复元素
166.             if (e != null) { // existing mapping for key
167.                 V oldValue = e.value;
168.                 if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
169.                     e.value = value;
170.                 afterNodeAccess(e);
171.                 return oldValue;
172.             }
173.         }
174.         // 每一次修改都会统计
175.         ++modCount;
176.         // 修改成功后就将大小 + 1
177.         // 然后查看大小是否达到警戒扩容值
178.         // 这个警戒扩容值是针对存储了多少元素的，不是仅对于表中存储的
179.         // 数据个数进行是否扩容的，还包括其链表或者红黑树的数据元素的
180.         if (++size > threshold)
181.             resize();
182.         afterNodeInsertion(evict);
183.         // 返回 null 意味着成功插入
184.         return null;
185.     }
187. // treeifyBin 树化（红黑树）
188. // 树化需要满足链表个数（8）和表的容量（>= 64）
189. // 当满足链表个数的话，表容量不满足，就先进行表容量的扩容
190. // 还有一个重要点就是当红黑树的个数小于等于 6 的话，红黑树又会转成链表，此过程称为剪枝
191. // 关于剪枝仅是提一下
192.     final void treeifyBin(Node<K,V>[] tab, int hash) {
193.         int n, index; Node<K,V> e;
194.         if (tab == null || (n = tab.length) < MIN_TREEIFY_CAPACITY)
195.             resize();
196.         else if ((e = tab[index = (n - 1) & hash]) != null) {
197.             TreeNode<K,V> hd = null, tl = null;
198.             do {
199.                 TreeNode<K,V> p = replacementTreeNode(e, null);
200.                 if (tl == null)
201.                     hd = p;
202.                 else {
203.                     p.prev = tl;
204.                     tl.next = p;
205.                 }
206.                 tl = p;
207.             } while ((e = e.next) != null);
208.             if ((tab[index] = hd) != null)
209.                 hd.treeify(tab);
210.         }
211.     }

复制代码

• HashMap 扩容机制实践练习
  

[code]package map;import java.util.HashMap;public class HashMapIncrement {    @SuppressWarnings({"all"})    public static void main(String[] args) {        HashMap hashMap = new HashMap();        // HashMap ，使用差别的数字（hash 一般也不相同）        // 所以存储的位置都在内部数组表上，仅模仿内部数组表的扩容        /*for (int i = 1 ; i