基于jdk8的HashMap源码解析

news2025/1/12 2:57:37

hashMap常见面试题总览

  • 为什么重写Equals还要重写HashCode方法?
  • HashMap如何避免内存泄漏问题?
  • HashMap1.7底层是如何实现的?
  • HashMapKey为null存放在什么位置?
  • HashMap如何解决Hash冲突问题?
  • HashMap底层采用单链表还是双链表?
  • HashMap根据key查询的时间复杂度?
  • HashMap如何实现数组扩容问题?
  • HashMap底层是有序存放的吗?
  • LinkedHashMap 和 TreeMap底层如何实现有序的?
  • HashMap底层如何降低Hash冲突概率?
  • HashMap中hash函数是怎么实现的?
  • 为什么不直接将key作为哈希值而是与高16位做异或运算?
  • HashMap如何存放1万条key效率最高?
  • HashMap高低位与取模运算有那些好处?
  • HashMap1.8如何避免多线程扩容死循环问题?
  • 为什么加载因子是0.75而不是1?
  • 为什么HashMap1.8需要引入红黑树?
  • 为什么链表长度>8需要转红黑树?而不是6?
  • 什么情况下,需要从红黑树转换成链表存放?
  • HashMap底层如何降低Hash冲突概率?
  • 如何在高并发的情况下使用HashMap?
  • ConcurrentHashMap底层实现的原理?

为什么重写equals还要重写hashCode方法?

HashMap如何避免内存泄漏问题?

  • 回答
    • 为什么重写Equals还要重写HashCode方法?
    • HashMap如何避免内存泄漏问题?

Hashcode方法:底层采用C语言编写,根据对象内存地址转换成整数类型

 public native int hashCode();

基础1: 两个对象的hashCode值相等,对象不一定相等**

        String a1="a";
        Integer a2=97;
        //97 97
        System.out.println(a1.hashCode());
        System.out.println(a2.hashCode());

引发hash碰撞问题,所以还要重写Equals,String类型的Equals方法已经帮我们重写,所以下面比较是不相等的

        String a1="a";
        Integer a2=97;
        //false
        System.out.println(a1.equals(a2));

String类型的Equals

    /**
     * Compares this string to the specified object.  The result is {@code
     * true} if and only if the argument is not {@code null} and is a {@code
     * String} object that represents the same sequence of characters as this
     * object.
     *
     * @param  anObject
     *         The object to compare this {@code String} against
     *
     * @return  {@code true} if the given object represents a {@code String}
     *          equivalent to this string, {@code false} otherwise
     *
     * @see  #compareTo(String)
     * @see  #equalsIgnoreCase(String)
     */
    public boolean equals(Object anObject) {
        if (this == anObject) {
            return true;
        }
        if (anObject instanceof String) {
            String anotherString = (String)anObject;
            int n = value.length;
            if (n == anotherString.value.length) {
                char v1[] = value;
                char v2[] = anotherString.value;
                int i = 0;
                while (n-- != 0) {
                    if (v1[i] != v2[i])
                        return false;
                    i++;
                }
                return true;
            }
        }
        return false;
    }

Integer类型的Equals

 /**
     * Compares this object to the specified object.  The result is
     * {@code true} if and only if the argument is not
     * {@code null} and is an {@code Integer} object that
     * contains the same {@code int} value as this object.
     *
     * @param   obj   the object to compare with.
     * @return  {@code true} if the objects are the same;
     *          {@code false} otherwise.
     */
    public boolean equals(Object obj) {
        if (obj instanceof Integer) {
            return value == ((Integer)obj).intValue();
        }
        return false;
    }

基础2:两个对象equals相等,hashCode值不一定相等

       UserEntity userEntity = new UserEntity("wei", 18);
       UserEntity userEntity1 = new UserEntity("wei", 18);
       //false 内存地址肯定不相等
       System.out.println(userEntity==userEntity1);
       //false Object默认实现了equals方法,本质还是==,比较内存地址
       System.out.println(userEntity.equals(userEntity1));

Object类的equals

  public boolean equals(Object obj) {
        return (this == obj);
    }

结论:重写equals必须重写hashCode方法。

阿里规范
1.只要重写equals必须重写hashCode方法【强制】
2.Set、Map底层用hashCode和equals进行判断相等
3.String已重写equals和hashCode,所以可以用字符串作为Key【推荐】

不重写equals必须重写hashCode方法会导致内存无法回收(内存泄漏问题),同一个对象,一直创建新的空间存放。

HashMap1.7底层是如何实现的?

HashMapKey为null存放在什么位置?

基础:HashMap与HashTable之间的区别

在这里插入图片描述

HashMap底层如何实现

1.ArrayList集合实现,不需要考虑hash碰撞,时间复杂度为O(n):
2. JDK1.7基于数组和链表(h=(key.hashCode)^h>>>16),不发生冲突为O(1),发生冲突链表为O(n),hashCode相同,对象不同
3. JDK1.8基于数组和链表和红黑树

源码解读

1.默认参数

 /**
     * The default initial capacity - MUST be a power of two.
     */
     //hashmap默认初始大小16,用位移做运算
    static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; // aka 16

    /**
     * The maximum capacity, used if a higher value is implicitly specified
     * by either of the constructors with arguments.
     * MUST be a power of two <= 1<<30.
     */
    //2^30次方
    static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;

    /**
     * The load factor used when none specified in constructor.
     */
     //加载因子
    static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;

    /**
     * The bin count threshold for using a tree rather than list for a
     * bin.  Bins are converted to trees when adding an element to a
     * bin with at least this many nodes. The value must be greater
     * than 2 and should be at least 8 to mesh with assumptions in
     * tree removal about conversion back to plain bins upon
     * shrinkage.
     */
     //链表大于8,转换成红黑树
    static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8;

    /**
     * The bin count threshold for untreeifying a (split) bin during a
     * resize operation. Should be less than TREEIFY_THRESHOLD, and at
     * most 6 to mesh with shrinkage detection under removal.
     */
     //链表小于6,转换成红黑树
    static final int UNTREEIFY_THRESHOLD = 6;

    /**
     * The smallest table capacity for which bins may be treeified.
     * (Otherwise the table is resized if too many nodes in a bin.)
     * Should be at least 4 * TREEIFY_THRESHOLD to avoid conflicts
     * between resizing and treeification thresholds.
     */
     //数组长度大于64,且链表长度大于8才会转换成红黑树
    static final int MIN_TREEIFY_CAPACITY = 64;

2.内部静态类

  static class Node<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
        final int hash;
        final K key;
        V value;
        Node<K,V> next;

        Node(int hash, K key, V value, Node<K,V> next) {
            this.hash = hash;
            this.key = key;
            this.value = value;
            this.next = next;
        }

        public final K getKey()        { return key; }
        public final V getValue()      { return value; }
        public final String toString() { return key + "=" + value; }

        public final int hashCode() {
            return Objects.hashCode(key) ^ Objects.hashCode(value);
        }

        public final V setValue(V newValue) {
            V oldValue = value;
            value = newValue;
            return oldValue;
        }

        public final boolean equals(Object o) {
            if (o == this)
                return true;
            if (o instanceof Map.Entry) {
                Map.Entry<?,?> e = (Map.Entry<?,?>)o;
                if (Objects.equals(key, e.getKey()) &&
                    Objects.equals(value, e.getValue()))
                    return true;
            }
            return false;
        }
    }

3.字段

 /* ---------------- Fields -------------- */

    /**
     * The table, initialized on first use, and resized as
     * necessary. When allocated, length is always a power of two.
     * (We also tolerate length zero in some operations to allow
     * bootstrapping mechanics that are currently not needed.)
     */
    //数组 transient不能序列化
    transient Node<K,V>[] table;


    /**
     * Holds cached entrySet(). Note that AbstractMap fields are used
     * for keySet() and values().
     */
    transient Set<Map.Entry<K,V>> entrySet;

    /**
     * The number of key-value mappings contained in this map.
     */
    transient int size;

    /**
     * The number of times this HashMap has been structurally modified
     * Structural modifications are those that change the number of mappings in
     * the HashMap or otherwise modify its internal structure (e.g.,
     * rehash).  This field is used to make iterators on Collection-views of
     * the HashMap fail-fast.  (See ConcurrentModificationException).
     */
     // fail-fast机制
    transient int modCount;

    /**
     * The next size value at which to resize (capacity * load factor).
     *
     * @serial
     */
    // (The javadoc description is true upon serialization.
    // Additionally, if the table array has not been allocated, this
    // field holds the initial array capacity, or zero signifying
    // DEFAULT_INITIAL_CAPACITY.)
    int threshold;

    /**
     * The load factor for the hash table.
     *
     * @serial
     */
     //加载因子,如果不填写则采用默认加载因子
    final float loadFactor;

4.forEach修改报错

       public final void forEach(Consumer<? super K> action) {
            Node<K,V>[] tab;
            if (action == null)
                throw new NullPointerException();
            if (size > 0 && (tab = table) != null) {
                int mc = modCount;
                for (int i = 0; i < tab.length; ++i) {
                    for (Node<K,V> e = tab[i]; e != null; e = e.next)
                        action.accept(e.key);
                }
                if (modCount != mc)
                    throw new ConcurrentModificationException();
            }
        }
    }

5.put方法

    public V put(K key, V value) {
        return putVal(hash(key), key, value, false, true);
    }
    static final int hash(Object key) {
        int h;
        // null值放在0号位置,科学方法计算hash值,减少冲突
        return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
    }
  /**
     * Implements Map.put and related methods
     *
     * @param hash hash for key
     * @param key the key
     * @param value the value to put
     * @param onlyIfAbsent if true, don't change existing value 当不存在时,则不更改现有值
     * @param evict if false, the table is in creation mode. 如果为false,则退出,表处于创建模式
     * @return previous value, or null if none
     */
    final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,
                   boolean evict) {
        //数组+链表 n 数组长度 i链表存放位置
        Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, i;
        //数组不存在或者数组长度为0,则调用扩容方法,懒加载
        if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
            n = (tab = resize()).length;
        //hash不冲突,数组直接存放链表
        if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
            tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
        else {
            Node<K,V> e; K k;
            //如果hash值相等且key值相等,将p赋值给e,等待做更新操作
            if (p.hash == hash &&
                ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                e = p;
            //是红黑树
            else if (p instanceof TreeNode)
                e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
       
            else {
                for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
                     // 遍历链表,到末尾添加元素
                    if ((e = p.next) == null) {
                        p.next = newNode(hash, key, value, null);
                        //帮链表转换成红黑树,数组容量>=64 && 链表长度大于8
                        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;
                }
            }
            // 存在则直接修改
            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)
            resize();
        afterNodeInsertion(evict);
        return null;
    }

扩容方法

  /**
     * Initializes or doubles table size.  If null, allocates in
     * accord with initial capacity target held in field threshold.
     * Otherwise, because we are using power-of-two expansion, the
     * elements from each bin must either stay at same index, or move
     * with a power of two offset in the new table.
     *
     * @return the table
     */
    final Node<K,V>[] resize() {
        //旧的数组
        Node<K,V>[] oldTab = table;
        //获取旧数组的长度
        int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length;
        // 旧数组的扩容阈值
        int oldThr = threshold;
        // 新的数组长度和新的扩容阈值
        int newCap, newThr = 0;
        // 如果旧的数组存在
        if (oldCap > 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; // double threshold 两倍扩容
        }
        // 旧数组存在,将旧的数组的长度赋值给新数组
        else if (oldThr > 0) // initial capacity was placed in threshold
            newCap = oldThr;
		//使用默认值进行初始化
        else {               // zero initial threshold signifies using defaults
            //初始化数组容量=数组默认初始大小16
            newCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY;
            // 初始化数组扩容阈值=链表加载因子*数组默认初始大小12
            newThr = (int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY);
        }
        //如果新数组扩容阈值为0
        if (newThr == 0) {
        	//ft = 新的数组长度*加载因子,即计算阈值
            float ft = (float)newCap * loadFactor; 
            newThr = (newCap < MAXIMUM_CAPACITY && ft < (float)MAXIMUM_CAPACITY ?
                      (int)ft : Integer.MAX_VALUE);
        }
        //将新数组扩容阈值赋值到全局变量
        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
                    //扩容是2的次方,分高位低位进行移动操作,插入新数组,尾插法
                        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;
    }

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