JDK8中的HashMap初始化和扩容机制

短命女 2022-12-08 12:55 207阅读 0赞

## 一、HashMap初始化方法 ##

*  `HashMap()` 不带参数，默认初始化大小为`16`，加载因子为`0.75`；
 *  `HashMap(int initialCapacity)` 指定初始化大小；
 *  `HashMap(int initialCapacity, float loadFactor)` 指定初始化大小和加载因子大小；
 *  `HashMap(Map<? extends K,? extends V> m)` 用现有的一个map来构造HashMap。

![在这里插入图片描述][20200919105834881.png]

## 二、分析初始化过程 ##

**1、初始化代码测试用例**

Map<String, String> map = new HashMap<>(3);
    map.put("id", "1");
    map.put("name", "riemann");
    map.put("sex", "male");

**2、初始化过程**

public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) { 
    	// 初始化大小小于0，抛出异常
        if (initialCapacity < 0)
            throw new IllegalArgumentException("Illegal initial capacity: " +
                                               initialCapacity);
        // 初始大小最大为默认最大值
        if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY)
            initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY;
        // 加载因子要在0到1之间
        if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor))
            throw new IllegalArgumentException("Illegal load factor: " +
                                               loadFactor);
        this.loadFactor = loadFactor;
        // threshold是根据当前的初始化大小和加载因子算出来的边界大小，
        // 当桶中的键值对超过这个大小就进行扩容
        this.threshold = tableSizeFor(initialCapacity);
    }

此时：loadFactor = `0.75` 默认值

// 这个方法返回大于输入参数且最接近的2的整数次幂的数
    static final int tableSizeFor(int cap) { 
        int n = cap - 1;
        // 无符号向右移动 
        // 按位或
        n |= n >>> 1;
        n |= n >>> 2;
        n |= n >>> 4;
        n |= n >>> 8;
        n |= n >>> 16;
        return (n < 0) ? 1 : (n >= MAXIMUM_CAPACITY) ? MAXIMUM_CAPACITY : n + 1;
    }

此时：threshold = `4`

## 三、分析扩容过程 ##

**1、第一次执行put操作后**

final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,
                   boolean evict) { 
        Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, i;
        // 如果存储元素的table为空，则进行必要字段的初始化
        if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
        	// 获取长度
            n = (tab = resize()).length;
        // 如果根据hash值获取的结点为空，则新建一个结点
        // 此处 & 代替了 % （除法散列法进行散列）
        if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
            tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
        // 这里的p结点是根据hash值算出来对应在数组中的元素
        else { 
            Node<K,V> e; K k;
            // 如果新插入的结点和table中p结点的hash值，key值相同的话
            if (p.hash == hash &&
                ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                e = p;
            // 如果是红黑树结点的话，进行红黑树插入
            else if (p instanceof TreeNode)
                e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
            else { 
                for (int binCount = 0; ; ++binCount) { 
                	// 代表这个单链表只有一个头部结点，则直接新建一个结点即可
                    if ((e = p.next) == null) { 
                        p.next = newNode(hash, key, value, null);
                        // 链表长度大于8时，将链表转红黑树
                        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;
                    // 及时更新p
                    p = e;
                }
            }
            // 如果存在这个映射就覆盖
            if (e != null) {  // existing mapping for key
                V oldValue = e.value;
                // 判断是否允许覆盖，并且value是否为空
                if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
                    e.value = value;
                // 回调以允许LinkedHashMap后置操作
                afterNodeAccess(e);
                return oldValue;
            }
        }
        // 更改操作次数
        ++modCount;
        // 大于临界值
        if (++size > threshold)
        	// 将数组大小设置为原来的2倍，并将原先的数组中的元素放到新数组中
            // 因为有链表，红黑树之类，因此还要调整他们
            resize();
        // 回调以允许LinkedHashMap后置操作
        afterNodeInsertion(evict);
        return null;
    }

**2、第一put会进行resize()操作：**

// 初始化或者扩容之后元素调整
    final Node<K,V>[] resize() { 
    	// 获取旧元素数组的各种信息
        Node<K,V>[] oldTab = table;
        // 长度
        int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length;
        // 扩容的临界值
        int oldThr = threshold;
        // 定义新数组的长度及扩容的临界值
        int newCap, newThr = 0;
        // 如果原table不为空
        if (oldCap > 0) { 
        	// 如果数组长度达到最大值，则修改临界值为Integer.MAX_VALUE
            if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) { 
                threshold = Integer.MAX_VALUE;
                return oldTab;
            }
            // 下面就是扩容操作（2倍）
            else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY &&
                     oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)
                // threshold也变为二倍
                newThr = oldThr << 1; // double threshold
        }
        else if (oldThr > 0) // initial capacity was placed in threshold
            newCap = oldThr;
        // threshold为0，则使用默认值
        else {                // zero initial threshold signifies using defaults
            newCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY;
            newThr = (int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY);
        }
        // 如果临界值还为0，则设置临界值
        if (newThr == 0) { 
            float ft = (float)newCap * loadFactor;
            newThr = (newCap < MAXIMUM_CAPACITY && ft < (float)MAXIMUM_CAPACITY ?
                      (int)ft : Integer.MAX_VALUE);
        }
        // 更新填充因子
        threshold = newThr;
        @SuppressWarnings({ "rawtypes","unchecked"})
        Node<K,V>[] newTab = (Node<K,V>[])new Node[newCap];
        table = newTab;
        // 调整数组大小之后，需要调整红黑树或者链表的指向
        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;
                    // 红黑树调整
                    else if (e instanceof TreeNode)
                        ((TreeNode<K,V>)e).split(this, newTab, j, oldCap);
                    else {  // preserve order
                    	// 链表调整
                        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;
    }

## 四、小结 ##

第一次put后：`threshold = newCap * loadFactor = oldThr * loadFactor = 4 * 0.75 = 3`  
第二次put后：`++size = 3,不进行扩容`  
第三次put后：`++size = 4，进行扩容`

`oldCap = oldTab.length = 3`  
`newcap = oldCap << 1 = 6`  
`threshold = newThr = newCap * loadFactor = 6 * 0.75 = 4`

`结论`：`设置初始化容量n，初始化threshold = 大于n数且最接近的2的整数次幂的数 * 负载因子`

[20200919105834881.png]: /images/20221123/10b5edb934b344a496f5e30d8db3e739.png