java源碼學習---HashMap

時間  2020-02-22
標籤 java 源碼 學習 hashmap 欄目 Java 简体版
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開門見山，直接幹java

HashMap是java經常使用的一個集合，每一個元素的key通過哈希算法後儲存在鏈表或紅黑樹的一種鍵值對數據集合（JDK1.8）node

從HashMap新增元素提及算法

map.put("key","value");

這是咱們平常向HashMap插入元素的其中一種方式，put(k,v)的源碼數組

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

put()會再調用一個putVal()，可是在這以前key會經過hash()計算出對應位置的值，真正的put操做，就是從這裏開始app

final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,
               boolean evict) {
    Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, i;
    if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
        n = (tab = resize()).length;
    if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
        tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
    else {
        Node<K,V> e; K k;
        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 {
            for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
                if ((e = p.next) == null) {
                    p.next = newNode(hash, key, value, null);
                    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;
            }
        }
        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;
}

每一個參數的含義函數

    hash:key通過哈希算法以後得到的值this

    key:儲存到HashMap的keyspa

    value:儲存到HashMap的key對應的valueblog

    onlyIfAbsent:若是包含了該key，則不更新對應的值，衆所周知，put()除了新增以外，還有更新的功能，是由於put()調用putVal()時候傳的都是falseci

    evict:HashMap是否處於建立模式，false則是處於建立模式，ture則相反

在函數最開始定義了幾個變量，

Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, i;
if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
    n = (tab = resize()).length;
if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
    tab[i] = newNode(hash, key, value, null);

tab:當前HashMap的一個操做副本，

p:當前須要儲存的元素或是當前相同數組下標的元素

n:當前HashMap的長度

i:當前元素儲存的下標

Node<k,v>是HashMap的一個靜態內部類，每個鍵值對數據都是基於Node或TreeNode儲存在HashMap

Node:

    Node裏面記錄着當前元素的hash值、key、value還有下一個結點的地址

TreeNode:

    Node是TreeNode的父類，TreeNode還記錄着父節點、左右子節點、

繼續看下面的代碼，

    1.判斷當前HashMap的容量大小，若是table是null或者容量爲0會利用resize()進行擴容處理

    2.判斷tab[i](當前元素所儲存的位置)是否爲null，若是是null的狀況下則直接保存到對應位置，而且把tab[i]賦值給p

if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
    n = (tab = resize()).length;
if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
    tab[i] = newNode(hash, key, value, null);

若是tab[i]不爲null咱們繼續往下看，有如下幾種狀況

1.當table(鏈表)已存在結點與當前須要保存結點的key相同時，則更新值

2.判斷當前結點是否爲TreeNode，若是屬於TreeNode則進入紅黑樹的儲存規則判斷，若是樹裏已經存在相同的key則返回舊的結點，不然直接在樹上新增一個結點並返回null

3.當table(鏈表)裏不存在相同的key且hash值一致的位置不屬於TreeNode而屬於Node時,遍歷每一個結點，判斷與當前保存結點的key是否一致，一致的時候更新，不然添加到下一個結點

    3.1添加完成後，判斷當前元素所在index是否 >= TREEIFY_THRESHOLD - 1,若是大於，則須要從鏈表轉爲紅黑樹

static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8;

 

else {
    Node<K,V> e; K k;
    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 {
        for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
            if ((e = p.next) == null) {
                p.next = newNode(hash, key, value, null);
                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;
        }
    }
    if (e != null) { // existing mapping for key
        V oldValue = e.value;
        if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
            e.value = value;
        afterNodeAccess(e);
        return oldValue;
    }
}

上面第1和第2點賦值的"e"若是不爲null，則在此處進行更新操做而且返回舊值

if (e != null) { // existing mapping for key
    V oldValue = e.value;
    if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
        e.value = value;
    afterNodeAccess(e);
    return oldValue;
}

最後就是容量記錄和擴容操做，若是是新增元素，HashMap會記錄當前的容量，判斷當前容量是否達到了須要擴容的閾值從而以爲是否進行擴容操做

++modCount;
if (++size > threshold)
    resize();
afterNodeInsertion(evict);
return null;

總結：

1.利用hash()對儲存的key作散列算法得到哈希值

2.新增元素時候，會判斷當前HashMap的容量是否爲0或者null，若是是則先進行擴容操做

3.當前hash值所在的鏈表或者樹是否具備相同的key，沒有則直接根據鏈表或紅黑樹的規則新增，不然修改結點的value而且把舊值返回

4.當其中一個鏈表長度大於等於8時候，會利用treeifyBin()轉換成紅黑樹

5.新增成功以後會判斷當前HashMap的容量是否達到了須要擴容的閾值，並決定是否須要擴容，決定是否擴容的閾值不是HashMap的容量最大值

刪除 remove()

public V remove(Object key) {
    Node<K,V> e;
    return (e = removeNode(hash(key), key, null, false, true)) == null ?
        null : e.value;
}

根據對key作hash計算，而且調用removeNode()執行刪除,若是能命中則返回刪除的key對應的value

final Node<K,V> removeNode(int hash, Object key, Object value,
                           boolean matchValue, boolean movable) {
    Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, index;
    if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 &&
        (p = tab[index = (n - 1) & hash]) != null) {
        Node<K,V> node = null, e; K k; V v;
        if (p.hash == hash &&
            ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
            node = p;
        else if ((e = p.next) != null) {
            if (p instanceof TreeNode)
                node = ((TreeNode<K,V>)p).getTreeNode(hash, key);
            else {
                do {
                    if (e.hash == hash &&
                        ((k = e.key) == key ||
                         (key != null && key.equals(k)))) {
                        node = e;
                        break;
                    }
                    p = e;
                } while ((e = e.next) != null);
            }
        }
        if (node != null && (!matchValue || (v = node.value) == value ||
                             (value != null && value.equals(v)))) {
            if (node instanceof TreeNode)
                ((TreeNode<K,V>)node).removeTreeNode(this, tab, movable);
            else if (node == p)
                tab[index] = node.next;
            else
                p.next = node.next;
            ++modCount;
            --size;
            afterNodeRemoval(node);
            return node;
        }
    }
    return null;
}

參數含義:

    hash:利用hash()對key進行計算得出的結果

    key:須要刪除的key

    value:須要刪除key對呀的value

    matchValue:是否須要匹配值相等，若是爲ture則須要value相等才刪除，不然不須要value相等

    movable:是否移動樹結點，爲true時刪除樹時候移動結點，不然不移動結點

開始逐句解讀：

1.判斷當前HashMap是否爲null或者元素數量爲0，

2.判斷當前儲存在與key的hash值相同位置的結點是否爲null，而且賦值hash相同的首個元素給 p

當上面其中一點不知足的狀況下，則表明HashMap無當前須要刪除的key，則直接返回null

if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 &&
    (p = tab[index = (n - 1) & hash]) != null) {

若是知足則繼續往下執行,判斷當前p的key是否與刪除的key相同，相同則把值賦給變量node，最後對node進行刪除操做

Node<K,V> node = null, e; K k; V v;
if (p.hash == hash &&
    ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
    node = p;

上面key若是不同則會遍歷整個鏈表或者紅黑樹，找到相同元素賦值給變量node，後續進行刪除操做

else if ((e = p.next) != null) {
    if (p instanceof TreeNode)
        node = ((TreeNode<K,V>)p).getTreeNode(hash, key);
    else {
        do {
            if (e.hash == hash &&
                ((k = e.key) == key ||
                 (key != null && key.equals(k)))) {
                node = e;
                break;
            }
            p = e;
        } while ((e = e.next) != null);
    }
}

最後是判斷有沒有找到須要刪除的node，而且判斷key對呀的value是否須要相等與是否相等，相等則進行刪除操做

若是是樹結點，則按照紅黑樹的刪除規則進行刪除

若是是鏈表，則按照鏈表的刪除規則進行刪除

刪除成功後記錄當前元素數量，而且把刪除的結點返回

不過源碼中沒找到有刪除元素後重置容量的代碼，這點與預想的有點不同

if (node != null && (!matchValue || (v = node.value) == value ||
                     (value != null && value.equals(v)))) {
    if (node instanceof TreeNode)
        ((TreeNode<K,V>)node).removeTreeNode(this, tab, movable);
    else if (node == p)
        tab[index] = node.next;
    else
        p.next = node.next;
    ++modCount;
    --size;
    afterNodeRemoval(node);
    return node;
}

擴容 resize()

在新增元素或者我new HashMap()的時候，咱們都會調用到resize()

當容器容量達到一個須要擴容的閾值時，就會調用resize()進行擴容操做

先看一下HashMap定義的屬性

1.擴容閾值，當容量大於該閾值時，HashMap會進行擴容操做

int threshold;

2.HashMap的最大容量：1073741824

static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;

3.HashMap默認初始容量：16

static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4;

4.負載因子，主要用於計算擴容閾值，擴容閾值 = 負載因子 * 當前容量

static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;

接下來是resize()的源碼

final Node<K,V>[] resize() {
    Node<K,V>[] oldTab = table;
    int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length;
    int oldThr = threshold;
    int newCap, newThr = 0;
    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
    }
    else if (oldThr > 0) // initial capacity was placed in threshold
        newCap = oldThr;
    else {               // zero initial threshold signifies using defaults
        newCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY;
        newThr = (int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY);
    }
    if (newThr == 0) {
        float ft = (float)newCap * loadFactor;
        newThr = (newCap < MAXIMUM_CAPACITY && ft < (float)MAXIMUM_CAPACITY ?
                  (int)ft : Integer.MAX_VALUE);
    }
    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
                    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;
}

首先定義了各類變量，當前HashMap的副本、當前副本容量(舊容量)、當前副本擴容閾值(舊擴容閾值)、新的擴容閾值、新的容量

Node<K,V>[] oldTab = table;
int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length;
int oldThr = threshold;
int newCap, newThr = 0;

判斷當前容量是否大於0

    1.若是大於0而且容量大於容器最大容量，則再也不擴容

    2.若是少於最大容量且大於初始容量，則擴大2倍且擴容因子也擴大2倍

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
}

當前容量是否<=0時再判斷當前擴容閾值是否大於0，大於0則新容量=舊閾值

當前容量和閾值=0時，基本能夠判斷這個HashMap是第一次初始化容量，因此直接用默認的初始化容量，和第一次計算擴容閾值（負載因子*當前容量）

else if (oldThr > 0) // initial capacity was placed in threshold
    newCap = oldThr;
else {               // zero initial threshold signifies using defaults
    newCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY;
    newThr = (int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY);
}

獲取到最新容量和最新的擴容閾值時候，就開始對舊table進行擴容(新建一個數組，再把舊table的結點從新儲存到新的數組)

threshold = newThr;
@SuppressWarnings({"rawtypes","unchecked"})
    Node<K,V>[] newTab = (Node<K,V>[])new Node[newCap];
table = newTab;

這一段則是把舊table上的結點從新儲存到新table上

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
                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;
                }
            }
        }
    }
}

總結：

1.若是是新建立的HashMap初始化容量爲16，每擴容一次則是原容量的2倍

2.觸發擴容並非當容量達到最大值才進行擴容，而是達到某個閾值而進行擴容

3.當容量達到HashMap的最大容量值時，將再也不繼續擴容

4.每次擴容結點都會從新儲存到新的容器，資源消耗比較大

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