JDK1.8-HashMap源码学习

迷南。 2022-11-21 09:49 129阅读 0赞

# JDK1.8-HashMap源码学习 #

2020-10-30

# HashMap概述 #

1、HashMap是哈希表的Map接口非同步实现。

*  HashMap提供所有可选的映射操作，并允许null值和null键。
 *  HashMap不保证集合元素的顺序，特别是它不保证该顺序恒久不变。

2、HashMap设计用来快速访问键值对，它里面的元素是没有顺序的。

3、  
HashMap的数据结构：  
HashMap内部是一个“链表散列”的数据结构，即数组+链表+红黑树的结合体。

HashMap底层就是一个数组结构，数组当中的每一项又是一个链表/红黑树。  
新建一个HashMap的时候，就会初始化一个数组。

## 一、数组节点的数据结构定义 ##

/**
         * Basic hash bin node, used for most entries.  (See below for
         * TreeNode subclass, and in LinkedHashMap for its Entry subclass.)
         */
        static class Node<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
            final int hash;
            final K key;
            V value;
            Node<K,V> next;
    
            Node(int hash, K key, V value, Node<K,V> next) {
                this.hash = hash;
                this.key = key;
                this.value = value;
                this.next = next;
            }
    
            public final K getKey()        { return key; }
            public final V getValue()      { return value; }
            public final String toString() { return key + "=" + value; }
    
            public final int hashCode() {
                return Objects.hashCode(key) ^ Objects.hashCode(value);
            }
    
            public final V setValue(V newValue) {
                V oldValue = value;
                value = newValue;
                return oldValue;
            }
    
            public final boolean equals(Object o) {
                if (o == this)
                    return true;
                if (o instanceof Map.Entry) {
                    Map.Entry<?,?> e = (Map.Entry<?,?>)o;
                    if (Objects.equals(key, e.getKey()) &&
                        Objects.equals(value, e.getValue()))
                        return true;
                }
                return false;
            }
        }

1、类的属性值有4个：

*  hash：根据关键字key计算得到的数组下标值。
 *  key：即存储关键字。
 *  value：与关键字关联的值。
 *  next：指向下一节点的指针。这个是链表的特征，当关键字生成的hash有重复时，就使用到链表存储元素。

# 二、往HashMap存入元素过程 #

先看源码的put方法：

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

putVal()方法源码，先理解几个参数的含义：

*  hash：存储关键字KEY的哈希值。
 *  value：与KEY关联的值。
 *  onlyIfAbsent：如果为true，请不要更改现有值；如果为false，则更新现有值。
 *  evict：如果为false，则表处于创建模式。

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)
                // 当数组为null时，初始化数组
                n = (tab = resize()).length;
            if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
                // 根据KEY计算得到数组下标的位置没有元素，就把当前元素存放到数组下标的位置
                tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
            else {      
                // 产生hash冲突，即有重复元素要存放到同一个数组下标的位置
                Node<K,V> e; K k;
                if (p.hash == hash &&
                    ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                    // 关键字相同，更新value
                    e = p;
                else if (p instanceof TreeNode)
                    // 将节点元素存储到红黑树
                    e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
                else {
                    // 遍历链表
                    for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
                        if ((e = p.next) == null) {
                            // 将元素存储在链表尾部
                            p.next = newNode(hash, key, value, null);
                            if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st
                                // 当链表元素个数超过8时，将链表转为红黑树，这样可以提高查询效率
                                treeifyBin(tab, hash);
                            break;
                        }
                        if (e.hash == hash &&
                            ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                            // 遍历同一个KEY，跳出循环
                            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)
                // 数组元素超过负载因子，需要扩容。扩大后容量是原来的一倍
                resize();
            afterNodeInsertion(evict);
            return null;
        }

### HashMap存储过程小结 ###

1、当我们往HashMap当中存放元素的时候，首先根据key的hashCode计算hash值，根据hash值得到这个元素在数组当中的下标。

2、如果数组该位置已经存放有其他元素了，那么在这个位置上的元素将以链表的形式存放，新加入的元素放在链表头，最先加入的元素放在链表尾。

3、如果该位置上没有元素，就直接将该元素放到此数组的该位置上。

## 三、从HashMap读取元素的过程 ##

get()方法源码：

public V get(Object key) {
        Node<K,V> e;
        return (e = getNode(hash(key), key)) == null ? null : e.value;
    }

getNode()方法源码：

final Node<K,V> getNode(int hash, Object key) {
            Node<K,V>[] tab; Node<K,V> first, e; int n; K k;
            // 首先根据hash值计算对应下标位置，判断KEY是否相同
            if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 &&
                (first = tab[(n - 1) & hash]) != null) {
                // always check first node
                if (first.hash == hash &&  ((k = first.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                    // KEY相同，找到对应value，返回值。
                    return first;
                if ((e = first.next) != null) {
                    if (first instanceof TreeNode)
                        // 遍历红黑树
                        return ((TreeNode<K,V>)first).getTreeNode(hash, key);
                    do {
                        // 遍历链表
                        if (e.hash == hash &&
                            ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                            return e;
                    } while ((e = e.next) != null);
                }
            }
            return null;
        }

### HashMap读取过程小结： ###

1、首先计算key的哈希值，找到数组中对应位置的某一元素。

2、如果该位置存在元素/链表组/红黑树，则通过key的equals()方法在对应位置的链表/红黑树当中找到需要的元素值。

3、如果该位置不存在元素，则返回null。

# HashMap的resize操作，扩容操作 #

## 1、HashMap要扩容的原因： ##

当HashMap中的元素越来越多的时候，hash冲突的几率也就越来越高，因为HashMap中数组的长度在初始化后是固定的，所以为了提高查询的效率，就要对HashMap的数组进行扩容。扩容这是在集合接口当中很常用的操作。

## 2、扩容的坏处： ##

在HashMap数组扩容后，最消耗性能的点就出现了：

原数组当中的数据必须重新计算在新数组当中的位置，并且存放进去，这就是扩容（resize）。

## 3、什么时候扩容？ ##

当HashMap中的元素个数超过数组大小\*loadFactor时，HashMap就会进行数组扩容操作，loadFactor的值默认为0.75，这是一个折中的取值。