HashMap内部

HashMap内部

先new一个HashMap

让我们点击HashMap<String,String> map = new HashMap<>();看看内部发生了什么。

第一步:
public HashMap() {
        this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR; 
    }

DEFAULT_LOAD_FACTOR是什么?这是一个默认的加载因子,具体为什么是0.75我也不清楚,百度了一下,说0.75是“哈希冲突”和“空间利用率”矛盾的一个折衷。

static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;

这就完了,可以看到,new一个HashMap,其实除了在堆内存中开辟一块空间存放这个对象,其实只是给这个HashMap的loadFactor成员变量赋值为0.75f。

put一个key-value

map.put(“a”,“aa”);

public V put(K key, V value) {
       return putVal(hash(key), key, value, false, true);
   }

put方法里调用了putVal方法,第一个参数对key做了处理。
点击hash(key),看看内部发生了什么:

static final int hash(Object key) {
        int h;
        return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
        //重点:(h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16)	
        //1.调用key的hashCode方法,得出的结果赋值给局部变量h
        //2.将h右移16位
        //3.将h和(h>>>16)进行异或运算
        //好吧,这里具体为啥这样我也不知道,但是可以理解为生成一个处理过的hash值
    }

在看putVal之前,先看看HashMap中的几个重要的成员变量

  1. Node节点内部类
static class Node<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
        final int hash;
        final K key;  //存放传入的key值
        V value;      //存放传入的value值
        Node<K,V> next;  //指向下一个节点,看到这里,其实可以猜测,HashMap里可能用到了链表

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

  1. table:用transient修饰,表示序列化时不会被包括在内
    transient Node<K,V>[] table; //内部维护的一个Node节点类的数组
  2. threshold:用于扩容的临界值
    int threshold; //用于扩容的临界值
  3. TREEIFY_THRESHOLD:链表变为红黑树的临界值
    static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8; //默认为8
  4. DEFAULT_INITIAL_CAPACITY:默认初始化容量
    static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; //1*2^4=16 默认初始化容量为16
  5. MAXIMUM_CAPACITY:最大容量
    static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30; //最大容量:2^30=1073741824
    以上是接下来会用到的一些内部成员,认识之后来看一下putVal方法是如何将key-value放到HashMap中的
final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,
                   boolean evict) {
        Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, i;  //定义一些局部变量
        if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0) 
        //如果table是空数组或者长度为0,则进行扩容。
        //这一步只有两个作用:1. 对第一次put的空HashMap进行扩容 2. 将原先table的长度或者第一次扩容后的长度赋值给n,用于后面计算放置key-value的位置
            n = (tab = resize()).length;
        if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)  
        //重点:(n - 1) & hash]  n为第一次放入key-value后扩容的值16或者是原先的长度,n-1代表最大的索引位,
        //使用(n-1)&hash,得到的值必然是0~最大索引位之间的一个数,所以得到的值可以用来做放入key-value的位置
        //如果位置不为null,则还获取到了位置上的已有元素赋值给p变量
            tab[i] = newNode(hash, key, value, null);//这里在没有Node的空位置上放入了传入的key-value
        else {  //如果算出来的位置上已经有了元素
            Node<K,V> e; K k;
            if (p.hash == hash &&  //如果发现这个位置的元素的key是和这次传入的key一致,则覆盖掉原有的元素
                ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                e = p;
            else if (p instanceof TreeNode) //如果位置上的节点是红黑树结构
                e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
            else {  //如果位置上的节点是链表结构
                for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
                    if ((e = p.next) == null) {  //一直循环,直到链表的最后一个节点都没有找到相同的key
                        p.next = newNode(hash, key, value, null); //将新的节点加到链表最后
                        if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) //此时如果链表的长度达到了一个临界值8,则将链表结构转换为红黑树结构
                            treeifyBin(tab, hash);//点开treeifyBin发现,只有table的长度大于64了才去转换为红黑树结构,不然继续扩容,重新排列元素
                        break;
                    }
                    if (e.hash == hash && //这里是在链表中找到了相同的key,则执行覆盖操作
                        ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                        break;
                    p = e;
                }
            }
            if (e != null) { 
                V oldValue = e.value;
                if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
                    e.value = value;
                afterNodeAccess(e);
                return oldValue;
            }
        }
        ++modCount; //修改次数++
        if (++size > threshold)  //放置新元素后的size大于临界值,则扩容重排
            resize();
        afterNodeInsertion(evict);
        return null;
    }

resize方法:第一次添加则初始化16;达到临界值则二倍扩容
oleCap–旧容量 newCap–新容量 oldThr–旧临界值 newThr–新临界值

final Node<K,V>[] resize() {    
    Node<K,V>[] oldTab = table;  //获取旧的Node数组
    int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length;   //获取旧容量
    int oldThr = threshold;   //获取旧临界值
    int newCap, newThr = 0;
    if (oldCap > 0) {  
        if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) { 
        //如果旧容量大于0且大于了最大的容量,将临界值赋值为最大的int,直接返回旧的Node数组。
        //这个操作是否说明:HashMap的容量已经太大了,不处理了,直接扩大临界值到最大,不再扩容
            threshold = Integer.MAX_VALUE;
            return oldTab;
        }
        else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY &&  //这里newCap = oldCap << 1执行了二倍扩容
                 oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)
            newThr = oldThr << 1; //二倍临界值
    }
    else if (oldThr > 0) // initial capacity was placed in threshold
        newCap = oldThr;
    else {     //这里在第一次put时执行
        newCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY;  //newCap赋值为16
        newThr = (int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY);  //newThr赋值为12   16*0.75=12 
    }
    if (newThr == 0) {  //?这里的代码会在什么情况下执行?
        float ft = (float)newCap * loadFactor;
        newThr = (newCap < MAXIMUM_CAPACITY && ft < (float)MAXIMUM_CAPACITY ?
                  (int)ft : Integer.MAX_VALUE);
    }
    //以下开始扩容
    threshold = newThr;  //赋值临界值
    @SuppressWarnings({"rawtypes","unchecked"})
    Node<K,V>[] newTab = (Node<K,V>[])new Node[newCap];  //生成一个扩容后的新的空数组
    table = newTab;  //将新的空数组复制给table
    if (oldTab != null) {    //这里对旧数组里的元素进行重新排列放到新的table中
        for (int j = 0; j < oldCap; ++j) {
            Node<K,V> e;
            if ((e = oldTab[j]) != null) {//如果有元素,用临时变量e去接受该Node
                oldTab[j] = null;//该位置赋值为null
                if (e.next == null)  //如果只有一个元素
                    newTab[e.hash & (newCap - 1)] = e;//把e重新放到新数组的某个索引位
                else if (e instanceof TreeNode)  //如果不止一个元素且是树结构
                    ((TreeNode<K,V>)e).split(this, newTab, j, oldCap);
                else { // 如果不止一个元素且是链表结构
                    Node<K,V> loHead = null, loTail = null;
                    Node<K,V> hiHead = null, hiTail = null;
                    Node<K,V> next;
                    do {  //对链表中的每个Node重排
                        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;
}

put大致步骤
1.HashMap中维护了一个Node类型的数组–table;创建对象时,只对loadFactor初始化为0.75,table还是保持null
2.当第一次put时,初始table的容量为16,临界值为12
3.每次put调用putVal方法:
①先获取key的二次哈希值并进行取与运算,得出存放位置
②判断该存放位置是否有元素,如果没有直接存放,如果该位置有元素,则进行继续判断:
2.1如果和当前元素内容相等,则覆盖;
2.2如果不相等,则判断当前的桶是链表结构还是红黑树,按照对应结构的判断方式进行判断,有则覆盖,无则增加
③将size++后判断size是否超过临界值,如果超过则resize()进行二倍扩容,并打乱原来的顺序重新排列
④当一个桶中的链表节点数>8,且table的容量大于64时,将链表结构变成红黑树