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HashMap源码阅读

文章目录

一.整体分析

1.拉链法
2.JDK1.7和JDK1.8区别

二.参数分析

1.Map默认初始化大小
2.Map最大容量
3.默认负载因子
4.table
5.负载因子
6.entrySet
7.threshold

三.数据结构分析

1.Node
2.TreeNode

四.方法分析

1.get
2.put
3.resize

1.jdk1.7代码
2.jdk1.7死循环
3.jdk1.8代码（相对优化）
4.jdk1.8为什么采用hash&oldCap的方式计算哈希值

4.remove

五.拓展

1.红黑树

可参考： JavaGuide

一.整体分析

1.拉链法

所谓 “拉链法” 就是：将链表和数组相结合。也就是说创建一个链表数组，数组中每一格就是一个链表。若遇到哈希冲突，则将冲突的值加到链表中即可。

2.JDK1.7和JDK1.8区别

相比于之前的版本，jdk1.8在解决哈希冲突时有了较大的变化，当链表长度大于阈值（默认为8）时，将链表转化为红黑树，以减少搜索时间。

二.参数分析

1.Map默认初始化大小

	//默认初始化大小
    static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; // aka 16

2.Map最大容量

	//Map的最大容量
    static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;

3.默认负载因子

	//默认的负载因子
    static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;

4.table

    // 存储元素的数组，总是2的幂次倍
    transient Node<K,V>[] table;

5.负载因子

 //负载因子
    final float loadFactor;

6.entrySet

    // 存放具体元素的集合
    transient Set<Map.Entry<K,V>> entrySet;

7.threshold

// 临界值 当实际大小(容量*填充因子)超过临界值时，会进行扩容
    int threshold;

三.数据结构分析

1.Node

static class Node<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
        //存储hash值
        final int hash;
        //key--注意是final的
        final K key;
        //具体的value值
        V value;
        //指向下一个节点
        Node<K,V> next;

        -------省略方法-------
    }

2.TreeNode

当链表长度达到一定数量会转换为TreeNode节点的结构

static final class TreeNode<K,V> extends LinkedHashMap.Entry<K,V> {
        //红黑父节点
        TreeNode<K,V> parent;  // red-black tree links
        //左兄弟节点
        TreeNode<K,V> left;
        //右兄弟节点
        TreeNode<K,V> right;
        //
        TreeNode<K,V> prev;    // needed to unlink next upon deletion
        //是否红色节点
        boolean red;
        --------后面的操作比较复杂，有用到再看-------
        }

四.方法分析

1.get

get方法先计算hash值
通过hash值先找第一个节点（红黑树和链表的首节点处理一样）
满足则返回，不满足则判断节点类型，按照红黑树\链表方式往下查找

   public V get(Object key) {
        Node<K,V> e;
        //先是通过hash方法获取哈希值，然后再单个节点进行查找.
        return (e = getNode(hash(key), key)) == null ? null : e.value;
    }

    final Node<K,V> getNode(int hash, Object key) {
        Node<K,V>[] tab; Node<K,V> first, e; int n; K k;
        //1.因为我拿到了hash值，所以我知道这个元素在table的哪个位置.
        // 所以直接判断这个哈希值对应的是否为空，决定是否继续往下
        if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 && (first = tab[(n - 1) & hash]) != null) {
            //2.检查第一个元素，hash值和key是否对的上.
            if (first.hash == hash && ((k = first.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                return first;
            //3.如果第一个节点不是.我要往下查找.
            if ((e = first.next) != null) {
                //4.判断是红黑树，则按照红黑树的方式查找
                if (first instanceof TreeNode)
                    return ((TreeNode<K,V>)first).getTreeNode(hash, key);
                //4.否则就是按照链式数组的方式进行查找.
                do {
                    if (e.hash == hash &&
                        ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                        return e;
                } while ((e = e.next) != null);
            }
        }
        return null;
    }

2.put

put相对于1.7之前就是加入了红黑树的转换操作，直接看代码中的9,添加Node到新的节点就有可能产生转换操作

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

    /**
     * Implements Map.put and related methods
     *
     * @param hash 当前key对应的哈希值
     * @param key  Key
     * @param value   key对应值
     * @param onlyIfAbsent  true表示当前存在值不被覆盖
     * @param evict  是否构建table
     * @return  返回之前的value值\如果不被覆盖这个值可能是自己
     */
    final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,
                   boolean evict) {
        Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, i;
        //1.如果table为空或者长度为0,说明还没初始化，需要进行resize扩容
        if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0){
            n = (tab = resize()).length;
        }
        //2.根据哈希值找到桶（也就是某个table[下标]），如果当前桶为空，则在这个位置创建一个桶
        if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null){
            tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
        }
        //3.如果找到哈希桶不为空
        else {
            Node<K,V> e; K k;
            //4.第一个元素如果找到key相等的Node.
            if (p.hash == hash && ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k)))){
                e = p;
            }
            //5.如果是红黑树，则根据红黑树方式查找Node
            else if (p instanceof TreeNode){
                e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
            }
            else {
                //6.不是红黑树，按照链表的方式进行查找
                for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
                    // 7.到达链表的尾部
                    if ((e = p.next) == null) {
                        // 8.在尾部插入新结点
                        p.next = newNode(hash, key, value, null);
                        // 9.如果达到数量，则进行红黑树转换
                        if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st
                            treeifyBin(tab, hash);
                        break;
                    }
                    // 10.判断链表中结点的key值与插入的元素的key值是否相等
                    if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                        break;
                    // 11.循环自增条件
                    p = e;
                }
            }
            //12.查找到该key对应值
            if (e != null) {
                V oldValue = e.value;
                //13.决定是否覆盖
                if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
                    e.value = value;
                //14.模板模式可指定操作
                afterNodeAccess(e);
                return oldValue;
            }
        }
        ++modCount;
        if (++size > threshold)
            resize();
        //14.模板模式可指定操作
        afterNodeInsertion(evict);
        return null;
    }

put图示：

3.resize

resize方法在1.7和1.8有一定的差别.而1.7多线程进行resize会出现死循环的问题，下面我们来分析一下;

1.jdk1.7代码

void transfer(Entry[] newTable, boolean rehash) {
        int newCapacity = newTable.length;
　　　　　//for循环中的代码，逐个遍历链表，重新计算索引位置，
　　　　　//将老数组数据复制到新数组中去（数组不存储实际数据，所以仅仅是拷贝引用而已）
　　　　　//和 arraylist 或者 linkedlist 中的clone方法是一样的 都是浅拷贝关系
        foreach (Entry<K,V> e : table) {
            while(null != e) {
                Entry<K,V> next = e.next;
                if (rehash) {
                    e.hash = null == e.key ? 0 : hash(e.key);
                }
                int i = indexFor(e.hash, newCapacity);
　　　　　　　　　 /**
　　　　　　　　　  ** 关键的地方就是这边，这边采用的是前插入的方式，所以会面临多线程死循环的问题
　　　　　　　　　  **/
                e.next = newTable[i];
                newTable[i] = e;
                e = next;
            }
        }
    }

2.jdk1.7死循环

我们来看一下单线程执行resize操作的过程：
关键代码：

		e.next = newTable[i];
        newTable[i] = e;
        e = next;

图示：

再来看一下两个（多）线程执行resize的操作过程：
这样一种情况，就是线程一还没开始执行，做到了 int i = indexFor(e.hash, newCapacity);这一步，失去了控制权，而线程二进来执行完成.然后线程一继续执行，因为对于线程一来说，e和next指向的元素不变，而线程二已经改变了他们的位置关系，所以导致线程一继续执行会出现死循环问题
前提：线程一的e和next还是原来的老样子，还没有开始移动指针，线程二已经resize完成了，这样的话，e 依然是指向A，next依然是指向B，但是这个时候的Map已经是resize之后的map，节点已经是正确的指向了，相当于再进行第二次resize，但是这一次resize的链表结构已经发生了变化了。
图示：

3.jdk1.8代码（相对优化）

代码：

final Node<K,V>[] resize() {
        Node<K,V>[] oldTab = table;
        int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length;
        int oldThr = threshold;
        int newCap, newThr = 0;
        //1.如果table的长度大于0
        if (oldCap > 0) {
            //2.如果长度大于最大值,则不操作，让其碰撞，即直接返回
            if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) {
                threshold = Integer.MAX_VALUE;
                return oldTab;
            }
            //3.如果扩大为现有table长度的两倍不超过最大长度，则扩展为2倍长度
            else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY && oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY){
                // double threshold
                newThr = oldThr << 1;
            }
        }//4.如果table的长度=0,进入这边，给定临界值为新的长度
        else if(oldThr > 0){
            // initial capacity was placed in threshold
            newCap = oldThr;
        }
        //5.给定新长度为默认值，给定临界值
        else {
            // zero initial threshold signifies using defaults
            newCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY;
            newThr = (int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY);
        }

        //6.如果新临界值为0，设置新的临界值
        if (newThr == 0) {
            float ft = (float)newCap * loadFactor;
            newThr = (newCap < MAXIMUM_CAPACITY && ft < (float)MAXIMUM_CAPACITY ?
                (int)ft : Integer.MAX_VALUE);
        }


        threshold = newThr;
        //7.创建新table
        @SuppressWarnings({"rawtypes","unchecked"})
        Node<K,V>[] newTab = (Node<K,V>[])new Node[newCap];
        table = newTab;
        //8.如果旧的table不为空
        if (oldTab != null) {
            //9.循环table的每一个位置
            for (int j = 0; j < oldCap; ++j) {
                Node<K,V> e;
                //10.当前桶的节点不为空，进入操作
                if ((e = oldTab[j]) != null) {
                    oldTab[j] = null;
                    //11.下一个节点为空，则计算hash下标，移动到新桶
                    if(e.next == null){
                        newTab[e.hash & (newCap - 1)] = e;
                    }
                    //12.红黑树节点，按照红黑树的方式处理
                    else if(e instanceof TreeNode){
                        ((TreeNode<K,V>)e).split(this, newTab, j, oldCap);
                    }
                    //13.链表数组的处理
                    else {
                        Node<K,V> loHead = null, loTail = null;
                        Node<K,V> hiHead = null, hiTail = null;
                        Node<K,V> next;
                        do {
                            next = e.next;
                            //14.jdk1.8根据新的哈希规则判断位置,如果为0，表示在当前桶位置不变.组装这一条链表的数据
                            if ((e.hash & oldCap) == 0) {
                                if (loTail == null)
                                    loHead = e;
                                else
                                    loTail.next = e;
                                loTail = e;
                            }
                            //15.如果新哈希规则计算不等于0，则组装另一段链表的数据
                            else {
                                /**
                                 * 可以看到这边就是解决jdk1.7死循环的方法
                                 * 每一次都是尾插入，所以不会出现死循环的问题，但是还是避免不了多线程数据丢失的问题
                                 */
                                if (hiTail == null)
                                    hiHead = e;
                                else
                                    hiTail.next = e;
                                hiTail = e;
                            }
                        } while ((e = next) != null);

                        //16.对组装的两条;链表进行插入，只需要一个节点即可。因为next已经标记好了
                        if (loTail != null) {
                            loTail.next = null;
                            newTab[j] = loHead;
                        }
                        if (hiTail != null) {
                            hiTail.next = null;
                            newTab[j + oldCap] = hiHead;
                        }
                    }
                }
            }
        }
        return newTab;
    }