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
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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
- 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
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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。
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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
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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
- 获取对应的 table 数组
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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
- 如果
-
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);
- 新的数组长度是：
-
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<K,V> implements Map.Entry<K,V>
// 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<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, i;
// 此判断为table 为null || table数据为空 所以length == 0
if ((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
// e
Node<K,V> 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<K,V>)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 1st
treeifyBin(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 key
V 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<K,V>[] resize() {
// 旧的 table数组 就是存储数据的， 第一次肯定是null
Node<K,V>[] 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table
if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) {
// 阀值设置为最大 说明已经没法扩容了 threshold
threshold = 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 threshold
newCap = 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tab
Node<K,V>[] newTab = (Node<K,V>[])new Node[newCap];
// 赋值table
table = newTab;
// 如果旧的table 不为 null
if (oldTab != null) {
// 通过for 循环oldCap 长度
for (int j = 0; j < oldCap; ++j) {
Node<K,V> e;
// 如果不为null的话
if ((e = oldTab[j]) != null) {
// 将当前值设置为null
oldTab[j] = null;
// 如果e的next 是null
if (e.next == null)
// 给newTab 赋值 e
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;
}
