HashMap底层实现

1.HashMap结构 


紫色部分代表哈希表,就是一个数组,数组的每个元素都是一个单链表的头结点,链表是用来解决hash地址冲突的。 如果不同的key映射到数组的同一个位置,就将其放进单链表中保存。

2.HashMap有四个构造方法,其中有两个很重要的参数:初始容量,加载因子

01)这两个参数是影响HashMap性能的重要参数。容量代表哈希表中槽的数量,即:哈希数组的长度,初始容量是创建哈希表时的容量(默认为16)。

02)加载因子是哈希表实际容量和当前长度的比值,当哈希表中的条目数超出了哈希表的长度和加载因子的乘积,则要对哈希表进行提前扩容。

03)如果加载因子过大,空间的利用更充分,但查询效率会降低,因为链表的长度会越来越长;如果加载因子过小,那么表中数据太稀松,很多空间没用就扩容。

04)JDK开发者规定默认的加载因子为0.75f,因为这是一个理想值。

 05)无论指定初始容量为多少,构造方法会将实际哈希表长度设为不小于指定容量的2的幂次方,且最大不超过2的30次方。

3.put方法


流程:

    调用put()方法

    public V put(K key, V value) {

        return putVal(hash(key), key, value, false, true);

    }

    间接调用hash()方法

    static final int hash(Object key) {

        int h;

        return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);

    }

    又间接调用key类的hashCode()方法,所以重写equals方法的时候,一定要重写hashCode方法,因为key是基于hashCode来处理的。

    当key为null时返回0,即putValue中的hash为0

    put()实际是调用putVal()方法

    final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,boolean evict)

    其中:

    01)if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)

            n = (tab = resize()).length;

    放入第一个元素时table为空,触发resize方法(初始化长度为16的数组,但逻辑长度为0)

    02)if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)

            tab[i] = newNode(hash, key, value, null);

    n为hash数组长度,hash是传过来的,i为计算出来的数组下标,用&(位运算符)计算出i的值,当hash为0时,&0得0,

    即:当key为null时,计算出来的i为0(即put的元素放在数组的第一个)

    p为坐标i数组的元素,如果这个元素为Null,就用Key Value构造一个Node对象放入数组下标为i的位置

    注:实际HashMap就是存放Node对象的数组


put

4.put方法中,计算出来的数组下标相同时

for (int binCount = 0; ; ++binCount) {

        if ((e = p.next) == null) {

               p.next = newNode(hash, key, value, null);

        ......

        ......

        p = e;

    }

    计算出来的i相同时,且不满足覆盖(覆盖后面讲解),

    此时就new一个新的Node对象,并把当前i位置上的next指向该新Node对象,即转成了单向链表。

    当后面继续添加元素i相同时,遍历链表,直到找到next为空的Node对象,new一个新Node对象,找到的Node对象next指向该新对象。


static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8;

    if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st

          treeifyBin(tab, hash);

        break;

    当遍历链表次数到达7次,即链表长度到达8,将链表转化为红黑树来处理。【红黑树未知?】


5.put方法中的覆盖

01)不是在链表中找到符合覆盖value要求的key

        if (p.hash == hash &&

           ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))

           e = p;

    计算出i找到数组中的元素p,p的hash等于put新元素的hash并且(key相等或者key的equals相等)

    则符合覆盖要求。

    02)在链表中找到符合覆盖的value要求的key

        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;

        }

    遍历链表找到匹配的key


    用新的value替换旧的value,返回旧的value

     if (e != null) { // existing mapping for key

        V oldValue = e.value;

        if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)

            e.value = value;

        afterNodeAccess(e);

        return oldValue;

    }

6.put方法中计算出来的i对应的是树结构(覆盖和添加新节点)

else if (p instanceof TreeNode)

        e = ((TreeNode)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);

    其中 putTreeVal(this, tab, hash, key, value)方法

    for (TreeNode p = root;;) {

        int dir, ph; K pk;

        if ((ph = p.hash) > h)

            dir = -1;

        else if (ph < h)

            dir = 1;

        else if ((pk = p.key) == k || (k != null && k.equals(pk)))

            return p;

    ......

    ......

    if ((p = (dir <= 0) ? p.left : p.right) == null) {

    ......

    ......

    for循环遍历树

    其中:

    01)else if ((pk = p.key) == k || (k != null && k.equals(pk)))

          return p;

    如果put的key==或equals节点的key,即:在树中存在符合覆盖value条件的Key,返回该节点,就会执行上述覆盖value的操作。

    02)if ((p = (dir <= 0) ? p.left : p.right) == null) {

            Node xpn = xp.next;

            TreeNode x = map.newTreeNode(h, k, v, xpn);

            if (dir <= 0)

                xp.left = x;

            else

                xp.right = x;

            xp.next = x;

            x.parent = x.prev = xp;

            if (xpn != null)

                ((TreeNode)xpn).prev = x;

            moveRootToFront(tab, balanceInsertion(root, x));

            return null;

        }

    遍历完后还是没有找到key,就在树中添加新节点,返回null,不会执行覆盖操作

    和链表类似,循环遍历树的节点,如果找到节点就返回节点,如果循环完整个树都找不到相应的key就添加新节点。

7.总结

01)计算key的hash值,为null则为0,i=(n-1)&hash,i为数组下标。

    02)满足hash值相等,key==或equals的结果为true,满足这两个条件即满足替换value。

    03)get()方法和覆盖差不多,计算出来i,为单个对象就判断,为链表就遍历链表,为树就遍历树,三种情况判断条件就是判断覆盖的条件。

注:该文章为个人笔记+知乎+简化总结。

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