HashMap的扩容源码分析

﹏ヽ暗。殇╰゛Y 2023-10-04 11:08 43阅读 0赞

hashmap扩容

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th align="center">oldCap</th> 
   <th align="center">newCap</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td align="center">oldCap=0 &amp;&amp; threshold ==0(没有指定容量)</td> 
   <td align="center">16</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="center">oldCap=0 &amp;&amp; threshold &gt;0 (指定了容量)</td> 
   <td align="center">cap = threshold</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="center">0 &lt; oldCap &lt; MAXIMUM_CAPACITY （一般情况）</td> 
   <td align="center">原容量2倍</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="center">oldCap&gt;= MAXIMUM_CAPACITY（长度超过规定最大值)</td> 
   <td align="center">不扩容</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

我们可以看到即使进入到resize方法也未必会扩容，如果 oldCap>= MAXIMUM\_CAPACITY时，即使超过扩容阈值也不会对原数组扩容；；

下面我们看源码实现：

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) {
        //当oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY（1<<30）时,不扩容;
                    threshold = Integer.MAX_VALUE;//阈值设置为最大整数
                    return oldTab;
                }
                //oldCap < MAXIMUM_CAPACITY 时，扩容：newCap = oldCap << 1；
                else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY &&
                         oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)
                    newThr = oldThr << 1; // 2倍oldThr
            }
            else if (oldThr > 0) //创建对象时，指定了容量大小；
                newCap = oldThr;
            else {
                       // 初始化时newCap = 16；newThr = 16 * 0.75 = 12；
                newCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY;
                newThr = (int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY);
            }
            if (newThr == 0) {
        //设置新阈值newThr，
                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) {
        //将oldTab的数据复制到newTab中
    }

看到上面有一段逻辑

if (oldCap > 0) {
        
     ....
     }
     else if(oldThr >0){
        
     .....
     }

为什么会有这样的判断？原因是什么？因为我们知道thr = cap \* loadFactor；如果cap=0，那thr也就等于0；那为什么还要做这种判断呢？  
原因：在HashMap的构造方法中可以指定HashMap的容量，在这个时候会初始化threshold的值，并且不会创建table，因此会出现oldCap=0,而oldThr!=0的情况；

总结resize的流程图：

![20210418145727829.png_pic_center][]

\---------------------------------------------------------------------------------UPDATE---------------------------------------------------------------------

### HashMap数据迁移 ###

HashMap中，table的长度 :len 是 2n ,并且计算下标 使用的是： hash & (len - 1) ;并且每次扩容都是 2 倍扩容；newLen = 2 \* oldLen;综合以上这些信息使得被迁移的数据有一个特点：每一个node的坐标只有2种取值： i（不变），(i + len);

![4d65a08fd66e4b8094c5e70a2f6f2a2d.png_pic_center][]

我们仔细观察，扩容前后的坐标；可以看出来同一个hash值，在扩容前后的坐标变化，扩容后只有高位多了一位 ，其余位置上没有变化；高位 x 只有 0 ，1 这两种取值；

*  最高位 x=0；和扩容前坐标一样： **i**；
 *  最高位 x=1；比 扩容前坐标 增加 16（len）值为：**（i + len）** ；

![在这里插入图片描述][76979ce541cf403588f3b4e6b6d615c9.png_pic_center]

经过上面的分析，我们知道同一个node扩容后，下标的取值只有2种；而同一条链表上的节点，对应的数组下标都是一样的；因此，同一条链表在扩容之后可能会 分出2条链表；只需要遍历链表就可以将其分离成2条链表然后分别将2条链表 的表头迁移到新数组这样就完成了这条链表的数据迁移了；

红黑树也是一样的，红黑树也会分化出2条TreeNode链表；这个必须要清楚一点的是，TreeNode同时维护了 双向链表 和 红黑树 这2种结构；也就是说TreeNode也可以看作是链表；这样扩容的处理就和链表一样了；

![da2c81c9f2e1479fadc1f4a27d7dc2bb.png_pic_center][]

有了上面的理解之后再看扩容过程就简单很多了；从下标位置： 0 -> len -1 ；开始迁移数据：

*  首先要检查下标位置上是否有数据；
 *  没有数据，就继续下个位置的数据迁移；
 *  有数据，就检查是TreeNode红黑树还是 普通Node链表；
 *  分别遍历 TreeNode ，Node链表；TreeNode分离开后还要检查下TreeNode链表的长度；如果大于8,还要将TreeNode链表重新转换成红黑树；小于 8 ，就将TreeNode链表转换成 Node链表；

前面分析到使用扩容后长度可以计算扩容后的node坐标；坐标值大于 n，就是坐标更改了；小于 n，坐标值就没变；但是hashMap没有使用这种方法，而是使用了另一种方法，计算出下标的偏移量：hash & len（旧数组长度） ；偏移量也只会有2种取值：0，len；偏移量等于 0 ，说明下标没变；不等于 0 ，说明下标为 ：i + len ；

![d91d506e116d4d9884572711a5f43a57.png_pic_center][]

上图可以很直观的看出来hash & len：的结果只有 2种取值；

*  高位 x = 0 ；偏移量 等于 0 ；
 *  高位 x = 1；偏移量等于 16（len）；

因此只需要判断偏移量的值是否为0，就可以分辨出node节点扩容后坐标是否改变；在源码中，使用2条新链表来接收原链表的数据：

*  loHead（表头） ，loTail（表尾） ：由扩容后坐标不变的节点组成；
 *  hiHead （表头）, hiTail（表尾）：由扩容后坐标更改（i + n）的节点组成；

扩容源码：

Node<K,V>[] newTab = (Node<K,V>[])new Node[newCap];
            table = newTab;
            if (oldTab != null) {
        //旧数组
                for (int j = 0; j < oldCap; ++j) {
        //从下标 0 开始迁移数据
                    Node<K,V> e;
                    if ((e = oldTab[j]) != null) {
        //判断下标  i 位置上是否有数据
                        oldTab[j] = null;
                        if (e.next == null)//这个位置上没有形成Node链表，只有一个Node节点
                            newTab[e.hash & (newCap - 1)] = e;
                        else if (e instanceof TreeNode)//红黑树
                            ((TreeNode<K,V>)e).split(this, newTab, j, oldCap);
                        else {
         // Node链表
                            Node<K,V> loHead = null, loTail = null;
                            Node<K,V> hiHead = null, hiTail = null;
                            Node<K,V> next;
                            do {
        //循环遍历Node链表，分离出2条链表：loTail是坐标不变的链表表头；hiTail是下标为 i + n的表头；
                                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);
                            
                            //分别将loTail ，hiTail 插入到新数组
                            if (loTail != null) {
        
                                loTail.next = null;
                                newTab[j] = loHead;
                            }
                            if (hiTail != null) {
        
                                hiTail.next = null;
                                newTab[j + oldCap] = hiHead;
                            }
                        }
                    }
                }
            }
            return newTab;
        }

*  1.遍历链表，将原链表分离成2条链表：loHead，hiHead  
      
      
    ![在这里插入图片描述][e0b742627b06417ab4661c25c3567f53.png_pic_center]
 *  分别将2条链表插入到新数组中：

![在这里插入图片描述][59caa845b7ad4671a0a6aa3d43d1e891.png_pic_center]

红黑树的扩容源码就不贴出来分析了，都是一样的；最后会判断分离出来的TreeNode链表长度：

*  大于等于 8 ，要将TreeNode链表重新转换成红黑树；
 *  小于 8 ，就将TreeNode链表转换成Node链表；

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