java中的數據結構之第一節（HashMap部分源碼分析）

前言

在java業界，有一些問題在面試的時候能夠說基本上是必問的。好比：java中HashMap、HashTable、ConcurrentHashMap的區別，又或者是ArrayList 和 LinkedList 和 Vector 的區別。

而這些問題，我總結一下，基本上都是java中的數據結構問題，咱們對這些數據結構的瞭解是很是淺薄的，好比說在1.8JDk版本先後的這些數據結構的變化是很是大的，可是咱們對這些卻依然不是很瞭解，不深刻進去，很難明白到底發生了什麼。那麼，接下來的一系列博客，都讓咱們來分析一下java中的數據結構吧。

今天，咱們先了解的是Hashmap。

ps : 我如今的jdk版本是1.8。

簡介

在JDK1.6，JDK1.7中，HashMap採用位桶+鏈表實現，即便用鏈表處理衝突，同一hash值的鏈表都存儲在一個鏈表裏。可是當位於一個桶中的元素較多，即hash值相等的元素較多時，經過key值依次查找的效率較低。

而JDK1.8中，HashMap採用位桶+鏈表+紅黑樹實現，當鏈表長度超過閾值時，將鏈表轉換爲紅黑樹，這樣大大減小了查找時間。

主要參數

先來看HashMap裏面的一些參數：

//默認初始大小是16
static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4;  
**************************************************************************************
//設置的最大容量是2的30次方
static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;    
**************************************************************************************
//設置的默認加載因子爲0.75
static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;   
**************************************************************************************
 //當某個桶節點數量大於8時，會轉換爲紅黑樹。
static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8;        
**************************************************************************************
//當某個桶節點數量小於6時，會轉換爲鏈表，前提是它當前是紅黑樹結構。
static final int UNTREEIFY_THRESHOLD = 6; 
**************************************************************************************
//當整個hashMap中元素數量大於64時，也會進行轉爲紅黑樹結構。
static final int MIN_TREEIFY_CAPACITY = 64;
*************************************************************************************
//也是加載因子，只不過這個是變量。
final float loadFactor;
*************************************************************************************
 //臨界值，也就是元素數量達到臨界值時，會進行擴容。
int threshold;
複製代碼

PS：HashMap默認的加載因子是0.75，最大容量是16，所以能夠得出HashMap的默認容量是：0.75*16=12。

加載因子是表示Hsah表中元素的填滿的程度.若:加載因子越大,填滿的元素越多,好處是,空間利用率高了,但:衝突的機會加大了.反之,加載因子越小,填滿的元素越少,好處是衝突的機會減少了,但空間浪費多了。

構造函數

看了HashMap的一些參數，如今咱們來了解一下HashMap的構造函數：

咱們看到在源碼中，HashMap有四個構造函數，在其中，HashMap(int initialCapacity)這個構造函數，實際上指向了另一個構造函數HashMap(int initialCapacity, float loadFactor)。咱們仍是把全部的構造函數都列出來吧。

構造函數1

public HashMap() {
    this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR; // 設置加載因子爲默認值0.75
}
複製代碼

構造函數2

public HashMap(int initialCapacity) {
    this(initialCapacity, DEFAULT_LOAD_FACTOR);   //指向構造函數3，且加載因子爲默認的0.75
}
複製代碼

構造函數3

public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {
  //判斷初始加載容量是否小於0，如果，直接拋出異常
    if (initialCapacity < 0)          
        throw new IllegalArgumentException("Illegal initial capacity: " +  initialCapacity);
  //判斷初始加載容量是否大於最大容量，如果，設置初始加載容量爲最大容量
    if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY)  
        initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY;
  //判斷加載因子是否小於0或者判斷是否爲NaN，如果，拋出異常
    if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor))
        throw new IllegalArgumentException("Illegal load factor: " +loadFactor);
  //設置初始加載因子
    this.loadFactor = loadFactor;
  //對臨界值進行初始化，tableSizeFor(t)這個方法會返回大於t值的，且離其最近的2次冪，例如t爲29，則返回的值是32
    this.threshold = tableSizeFor(initialCapacity);
}
複製代碼

PS：NaN 實際上就是 Not a Number的簡稱。0.0f/0.0f的值就是NaN，從數學角度說，0/0就是一種未肯定。

構造函數4

public HashMap(Map<? extends K, ? extends V> m) {
    this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR;  //設置加載因子爲默認的0.75
    putMapEntries(m, false);
}

  final void putMapEntries(Map<? extends K, ? extends V> m, boolean evict) {
    //獲取該map的實際長度
    int s = m.size();
    if (s > 0) {
        //判斷table是否初始化，若是沒有初始化
        if (table == null) { // pre-size
            //求出須要的容量，由於實際使用的長度=容量*0.75得來的，+1是由於小數相除，基本都不會是整數，容量大小不能爲小數的，後面轉換爲int，多餘的小數就要被丟掉，因此+1，例如，map實際長度22，22/0.75=29.3,所須要的容量確定爲30，有人會問若是剛恰好除得整數呢，除得整數的話，容量大小多1也沒什麼影響
            float ft = ((float)s / loadFactor) + 1.0F;
            //判斷該容量大小是否超出上限。
            int t = ((ft < (float)MAXIMUM_CAPACITY) ?
                     (int)ft : MAXIMUM_CAPACITY);
            //對臨界值進行初始化，tableSizeFor(t)這個方法會返回大於t值的，且離其最近的2次冪，例如t爲29，則返回的值是32
            if (t > threshold)
                threshold = tableSizeFor(t);
        }
        //若是table已經初始化，且map的實際長度大於臨界值，則進行擴容操做，resize()就是擴容。
        else if (s > threshold)
            resize();
        //遍歷，把map中的數據轉到hashMap中。
        for (Map.Entry<? extends K, ? extends V> e : m.entrySet()) {
            K key = e.getKey();
            V value = e.getValue();
            putVal(hash(key), key, value, false, evict);
        }
    }
複製代碼

HashMap的擴容方法很是複雜，等有機會了咱們再來分析，咱們只要明白在HashMap中的一些參數，就大概能明白HashMap的擴容方法的原理。

//當某個桶節點數量大於8時，會轉換爲紅黑樹。
static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8;        
**************************************************************************************
//當某個桶節點數量小於6時，會轉換爲鏈表，前提是它當前是紅黑樹結構。
static final int UNTREEIFY_THRESHOLD = 6; 
**************************************************************************************
//當整個hashMap中元素數量大於64時，也會進行轉爲紅黑樹結構。
static final int MIN_TREEIFY_CAPACITY = 64;
複製代碼

JDK1.8中，HashMap採用位桶+鏈表+紅黑樹實現，當鏈表長度超過閾值時，將鏈表轉換爲紅黑樹，所以，在HashMap的擴容方法中，不單單是容量的變化，並且也有着數據結構本質上的變化。

總結

咱們發現，java中的HashMap是在與時俱進，變化一直都在。

還有一些關於HashMap的put和get方法，咱們在這裏沒有進行分析，可是因爲本人的技術還不夠，對於紅黑樹的不熟悉，所以不能深刻解析，但願之後在瞭解了紅黑樹之後，可以回過頭來更深刻的瞭解HashMap。