HashMap的存储以及源码分析

HashMap的存储

HashMap的存储结构示意图
HashMap的存储以及源码分析_第1张图片
在JDK1.8以后,在执行HashMap的第一个put方法时会初始化一个长度为16的Node数组。而数组中又是保存了一个链表的地址,当某一个key经过hash算法得到其hashCode,再对数组的长度取模运算,就可以得到该键值对存放的下标位置。

public class HashMapTest {

    public static void main(String[] args) {

        String str1 = "Hello";
        String str2 = "world";
        String str3 = "Aa";
        String str4 = "BB";

        System.out.println(str1.hashCode());
        System.out.println(str2.hashCode());
        System.out.println(str3.hashCode());
        System.out.println(str4.hashCode());
        
    }

}

以上字符串的hashCode:
HashMap的存储以及源码分析_第2张图片
可以发现Aa和BB这两个字符串的hashCode值是相同的,当在存储Aa的时候,Aa的hashCode值2112对16取模结果为10,则Aa这个键值对就直接存在了下标数组下标10的链表中,因为此时在存Aa的时候,该下标是没有任何元素的,可以直接存储。
HashMap的存储以及源码分析_第3张图片
如果在继续存放BB的时候,则发现该位置已经有元素了,那么在存储的时候,首先将BB这个key的hashCode与该条链表上的元素的hashCode比较:1.如果发现与链表上的元素的hashCode值不相同,则直接插入。2.如果发现hashCode相同,则再调用equals()方法进行两者的比较,如果还是相同,则只能说明这两个key是同一个key,就将后插入的值,覆盖先插入的值,如果equals()方法发现不相同,则将BB这个key插入。

HashMap的存储以及源码分析_第4张图片

HashMap源码

无参构造方法

 public HashMap() {
        this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR; // all other fields defaulted
    }

在JDK1.8以后,使用无参构造方法时并不会初始化容量,而是在put的时候会初始化容量。

默认加载因子

static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;

当 map的size > 数组容量 * 默认加载因子时,此时就需要扩容。

为什么默认加载因子为0.75,而不是像ArrayList那样什么时候满了什么时候再扩容?

原因是由于不同的hash值取模以后可能会得到相同的值,那这样的话可能有的数组下标的链表就会很长,而有的数组下标的值可能就会为null,也就是说,虽然容量是16,但不能保证这16个数组下标都有值(例如下图),所以为了提高查找效率,当size为容量的0.75倍的时候就进行了扩容。
HashMap的存储以及源码分析_第5张图片
既然是为了提高效率,为什么不把加载因子设为更小的值?
1) 会频繁进行扩容,给内存造成一定压力
2)如果默认加载因子越小,则意味着内存空间浪费的可能越多

put方法

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

可以看到put方法其实是调用的putVal方法
再看一下这个hash方法

 static final int hash(Object key) {
        int h;
        return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
    }

可以看到,hash方法返回的并不完全是key对象的hashCode值,在其内部也进行了一些异或运算。

putVal方法
当第一次添加元素的时候,先通过resize方法进行初始化,再根据(n-1)& hash判断要存储的下标位置有没有元素((n-1)& hash这个与运算得出这个要存储元素的下标位置),如果p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null这个下标位置为null,那说明没有元素,直接可以插入,否则进入else,判断p的hash值是否和存储的元素的hash一样p.hash == hash如果相同,且p这个节点的key和要存储的key相同,则进行了替换e = p;如果与p节点的hash不相同,则进入TreeNode红黑树判断,此处不考虑该情况,则进入else,进入else继续判断p.next的节点是否为null(e = p.next) == null如果为null,则新创建了一个元素插入,如果不为p.next不为null,说明该链表不止只有一个元素,则继续比较((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k)))),最后再将e赋给p,再继续p.next判断p = e;整个大概的逻辑就是:判断p的next下一个节点是否为null,为null就创建一个新的节点,并将这个节点赋值为p.next,如果不为e=p.next不为null,则将e的hash和e的key的equals方法的与新插入的key进行比较,如果相同了则替换该位置的value,如果不相同,则继续将e赋值为p,进行p.next。

final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,
                   boolean evict) {
        Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, i;
        //由于没有在构造器中初始化table,所以table为null,if成立,进入reseize方法,resize方式主要是构建了一个长度为16的数组
        if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)			//将初始化数组的长度赋给n
            n = (tab = resize()).length;
        //判断要插入的下标是不是null,如果为null,则说明还没有任何元素插入,则直接插入。
        if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
            tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
        else {
            Node<K,V> e; K k;
            if (p.hash == hash &&
                ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                e = p;
            else if (p instanceof TreeNode)
                e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
            else {
                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;
                }
            }
            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)
            resize();
        afterNodeInsertion(evict);
        return null;
    }

resize方法部分

 final Node<K,V>[] resize() {
        Node<K,V>[] oldTab = table;
        //首次添加table为null,三元运算符成立,所以oldCap为0
        int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length;
        //oldThr也为0,threshold初始默认为0
        int oldThr = threshold;
        int newCap, newThr = 0;
        if (oldCap > 0) {
            if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) {
                threshold = Integer.MAX_VALUE;
                return oldTab;
            }
            else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY &&
                     oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)
                newThr = oldThr << 1; // double threshold
        }
        else if (oldThr > 0) // initial capacity was placed in threshold
            newCap = oldThr;
        else {               // zero initial threshold signifies using defaults
        	//首次执行,指定了新容量为16
            newCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY;
            //临界值为 16 * 0.75 = 12
            newThr = (int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY);
        }
        if (newThr == 0) {
            float ft = (float)newCap * loadFactor;
            newThr = (newCap < MAXIMUM_CAPACITY && ft < (float)MAXIMUM_CAPACITY ?
                      (int)ft : Integer.MAX_VALUE);
        }
        //将新的临界值赋给了this
        threshold = newThr;
        @SuppressWarnings({"rawtypes","unchecked"})
        //真正的构建了容量为16的数值
            Node<K,V>[] newTab = (Node<K,V>[])new Node[newCap];
         //赋给this.table
        table = newTab;

treeifyBin方法
该方法主要是判断是否将某链表转变为红黑树,从而提高查找效率。注意:当链表的长度大于8时不一定转为红黑树,只有当链表长度大于8,且整个数组的长度大于64的时候,才会将该链表的结构转为红黑树。

static final int MIN_TREEIFY_CAPACITY = 64;//最小转换红黑树容量
 if (tab == null || (n = tab.length) < MIN_TREEIFY_CAPACITY)
            resize();

可以看到以上代码的判断逻辑,如果table为null,或者table的length小于64的话,会进行扩容操作,而不是转换为红黑树。

原因:如果数组的容量小于64的话,可能会由于hash算法的原因导致某条链表特别长,那么此时会先使用resize方法进行扩容,当长度超过64时,就可以转换为红黑树了

    final void treeifyBin(Node<K,V>[] tab, int hash) {
        int n, index; Node<K,V> e;
        if (tab == null || (n = tab.length) < MIN_TREEIFY_CAPACITY)
            resize();
        else if ((e = tab[index = (n - 1) & hash]) != null) {
            TreeNode<K,V> hd = null, tl = null;
            do {
                TreeNode<K,V> p = replacementTreeNode(e, null);
                if (tl == null)
                    hd = p;
                else {
                    p.prev = tl;
                    tl.next = p;
                }
                tl = p;
            } while ((e = e.next) != null);
            if ((tab[index] = hd) != null)
                hd.treeify(tab);
        }
    }

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