简述HashMap的扩容机制

news2024/9/22 4:19:25

注意:本博客需要对HashMap源码有过一定理解,看过源码比较好,仅供互相学习参考

JDK1.7和JDK1.8对比

1.7版本:

  • (1). 首先生成一个新数组
  • (2). 遍历老数组每个位置中的链表元素
  • (3). 取每个元素的key,重新计算每个元素在数组的下标
  • (4). 将元素添加到新数组中
  • (5). 所有元素转移完成之后,将新数组赋值给HashMap里的table属性

1.8版本

  • (1). 首先生成一个新数组
  • (2). 遍历老数组每个位置中的链表或者红黑树
  • (3). 如果是链表直接计算每个元素的下标,然后将元素添加到新数组
  • (4). 如果是红黑树,则先遍历红黑树,计算出红黑树每个元素在新数组的下标位置
    • a. 统计每个数组下标位置的元素个数
    • b. 如果下标位置元素个数8,则生成一棵新的红黑树,并将树的根节点添加到新数组的对应下标位置
    • c. 如果下标位置元素个数小于8,则生成一个链表,并将链表的头节点添加到新数组的对应位置
  • (5). 所有的元素转移完成之后,将新数组赋值给HashMap里的table属性

这个知识点是HashMap中的一个重点之一,也是一个比较难的问题

什么时候需要扩容?

当hashMap中元素个数超过thresholdthreshold 为数组长度乘以负载因子loadFactor,loadFactor默认是0.75f

什么是HashMap的扩容?

resize这个方法是HashMap的扩容方法,是比较耗时的。HashMap在扩容时,都是翻两倍,比如16的容量扩大到32,。HashMap进行扩容的方法是比较巧妙的,扩容后,与原来的下标(n-1)&hash相对,其实只是多了1bit位。扩容后节点要么是在原来位置,听起来好像很懵,所以还是认真看下面的分析:

下面给出例子,比如从容量为16扩容到32时,画图表示:
在这里插入图片描述
进行扩容,扩大到原来的两倍:
在这里插入图片描述
到这一步,下标(n-1) & hash,扩容后的数据10101和原来的00101相比,其实就是多了1bit,10101是十进制的21,而21=5+16,就是“原位置+旧容量”,还有另外一种情况是保持为0的情况,这种情况是不改变位置的

下面给出一份表格,数据如图:
在这里插入图片描述
容量为16的情况
在这里插入图片描述
有低位的两个指针loHead、lloTail,高位的两个指针hiHead、hiTail
在这里插入图片描述
扩容到32之后,再两个链表加到对应位置。分别有两种情况,保持原来位置的和“原位置+旧容量”这个位置
在这里插入图片描述
所以,扩容的过程,对应的节点位置改变是这样的过程:
在这里插入图片描述

resize的源码实现

经过上面比较详细的分析,这个实现逻辑是可以在代码里找到对应的,ok,跟一下对应的源码:

final Node<K,V>[] resize() {
   // 得到当前的节点数组
    Node<K,V>[] oldTab = table;
    // 数组的长度
    int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length;
    int oldThr = threshold;
    int newCap, newThr = 0;
    // 计算扩容后的大小
    if (oldCap > 0) {
        if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) { // 超过最大容量 即 1 <<< 30
             // 超过最大容量就不扩充了,修改阀值为最大容量
            threshold = Integer.MAX_VALUE;
            return oldTab;
        }
        // 没超过的情况,扩大为原来的两倍
        else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY &&
                 oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)
            newThr = oldThr << 1; // double threshold
    }
    else if (oldThr > 0) // initial capacity was placed in threshold
         // 老阀值赋值给新的数组长度
        newCap = oldThr;
    else {               // zero initial threshold signifies using defaults
        // 使用默认值16
        newCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY;
        newThr = (int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY);
    }
    // 重新计算阀值,然后要赋值给threshold
    if (newThr == 0) {
        float ft = (float)newCap * loadFactor;
        newThr = (newCap < MAXIMUM_CAPACITY && ft < (float)MAXIMUM_CAPACITY ?
                  (int)ft : Integer.MAX_VALUE);
    }
    // 新的阀值,原来默认是12,现在变为24
    threshold = newThr;
    // 创建新的节点, newCap是新的数组长度,为32
    @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)
                     // 是红黑树节点,调用split方法
                    ((TreeNode<K,V>)e).split(this, newTab, j, oldCap);
                else { // preserve order 是链表的情况
                	// 定义相关的指针     
                    Node<K,V> loHead = null, loTail = null;
                    Node<K,V> hiHead = null, hiTail = null;
                    Node<K,V> next;
                    do {
                        next = e.next;
                        // 不需要移动位置
                        if ((e.hash & oldCap) == 0) {
                            if (loTail == null)
                                loHead = e;
                            else
                                loTail.next = e;
                            loTail = e;
                        }
                        else { // 需要移动位置 ,调整到“原位置+旧容量”这个位置 
                            if (hiTail == null)
                                hiHead = e;
                            else
                                // hiTail指向要移动的节点e
                                hiTail.next = e;
                            hiTail = e;
                        }
                    } while ((e = next) != null);
                    if (loTail != null) {
                        loTail.next = null;
                        // 位置不变
                        newTab[j] = loHead;
                    }
                    if (hiTail != null) {
                        // hiTail指向null
                        hiTail.next = null;
                        // oldCap是旧容量 ,移动到“原位置+旧容量”这个位置
                        newTab[j + oldCap] = hiHead;
                    }
                }
            }
        }
    }
    return newTab;
}

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