hashMap的扩容原理

HashMap的扩容机制

hashMap扩容:

扩容就是重新计算容量，向hashMap不停的添加元素，当hashMap无法装载新的元素，对象将需要扩大数组容量，以便装入更多的元素。

haspMap扩容跟数据迁移具有很大的关联，我们先用图解的方式来说明数据迁移.

进行扩容前先介绍一些hahMap源码的变量

Node<K,V> loHead = null,  loTail = null;   //低位链表的头尾结点
Node<K,V> hiHead = null, hiTail = null;    //高位链表的头尾结点
Node<K,V> next;  //next指针 指向下一个元素

迁移前: 这里将其设置为长度为 8，扩容临界点 8 * 0.75 = 6 主要是为了画图 （hashMap默认容量是16）
以下讲解都是基于数组容量为 8 讲解的，流程都是一样的.


从图可知，发生了扩容并且是2的次方，并且 A，B,C两元素新的位置刚好是原数组位置的索引位置，D,E，F刚好在原数组位置索引 + 8 即原数组位置索引+数组容量。是不是真的是这样呢？？，这时需要看源码分析一波

流程讲解

刚开始进行第一次扩容的时候，得到A的index索引为4，put进数组中，hashMap先会将A的hash进行 & oldCap（8） 运算，判断是否 ==0，如果为true,则代表为低位链表，这里涉及到二进制运算，比如A的index =4 (二进制 = 0000 0100) oldCap = 8(二进制=0000 1000) &运算之后 =0，后4位为低位，当然hash肯定不是8个bit位，hashCode得到索引值为int类型，一个int类型占4个字节，一个字节占8个bit位，所以hash二进制所占bit为 32，后4位为低位，高位远远多于低位，所以这也是put操作的时候需要将高位参与进来，减少hasp冲突。（这是put流程，put详情操作请看我另一篇博客）

言归正传，当A进行判断后,会将 loHead和loTail赋值给A，此时链表只有A元素，当循环到第二次迁移后，也就是将B元素进行迁移 B进行 &运算之后，同样为true，所以加入低位链表，而此时链表中有A元素，所以讲A链表的尾结点.next指向B元素即可，同理C也是一样，添加到B尾结点下面，直到添加完所有元素，当添加D元素时，因为D元素的hash为12, 进行 & 运算时为false ，则代表添加到高位链表，此时 hiHead和 hiTail指向D 之后流程都是一样的。当结束循环之后，低位链表的元素将会以原数组下标索引添加到新数组中，但是高位链表的元素会将原数组的下标索引 + oldCap添加到新数组，并且低位高位都会讲原先的数组设置为null ,方便gc

源码实例

final Node<K,V>[] resize() {
     
        Node<K,V>[] oldTab = table;
        int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length;  //数组容量（旧）
        int oldThr = threshold; //扩容临界点(旧)
        int newCap, newThr = 0; //数组容量（新）、扩容临界点(新)
        if (oldCap > 0) {
     
            //如果旧容量大于等于了最大的容量 2^30
            if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) {
     
               //将临界值设置为Integer.MAX_VALUE
                threshold = Integer.MAX_VALUE;
                return oldTab;
            }
            //扩容2倍
            else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY &&
                     oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)
                newThr = oldThr << 1; // 新阈值设置2倍
        }
        else if (oldThr > 0) // HashMap(int initialCapacity, float loadFactor)调用
            newCap = oldThr;
        else {
                    // 第一次put操作的时候，因为jdk1.8hashMap先添加元素再扩容
        //构造函数将jdk1.7的扩容移动到这
                    newCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY; //默认容量 16
                    //临界值 16 *0.75 =12
            newThr = (int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY); 
        }
        if (newThr == 0) {
     //如果新阈值为0，根据负载因子设置新阈值
            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) {
     
            for (int j = 0; j < oldCap; ++j) {
     如果旧的数组中有数据，循环
                Node<K,V> e;
                if ((e = oldTab[j]) != null) {
      
                    oldTab[j] = null; //gc处理
                    if (e.next == null)
                        newTab[e.hash & (newCap - 1)] = e; //只有一个节点，赋值，返回
                    else if (e instanceof TreeNode) //判断是否为红黑树结点
                        ((TreeNode<K,V>)e).split(this, newTab, j, oldCap);
                    else {
      // preserve order
                        Node<K,V> loHead = null, loTail = null; //低位链表
                        Node<K,V> hiHead = null, hiTail = null;  //高位链表
                        Node<K,V> next;
                        do {
     
                            next = e.next; //指向下个元素结点，做为while循环的条件
                            if ((e.hash & oldCap) == 0) {
      //判断是否为低位链表
                                if (loTail == null)  //链表没有元素，则将该元素作为头结点
                                    loHead = e;
                                else
                                    loTail.next = e; //加在链表的下方
                                loTail = e;
                            }
                            else {
      {
     //不为0，元素位置在扩容后数组中的位置发生了改变，新的下
//标位置是（原下标位置+原数组长）
                                if (hiTail == null)
                                    hiHead = e;
                                else
                                    hiTail.next = e;
                                hiTail = e;
                            }
                        } while ((e = next) != null);
                        //遍历完成后，进行数据迁移
                        if (loTail != null) {
     
                        //链表最后
                            loTail.next = null;
                            //将元素原位置迁移到新数组中，位置一样
                            newTab[j] = loHead;
                        } 
                        if (hiTail != null) {
     
                            hiTail.next = null;
                            //高位链表迁移 + 旧数组容量
                            newTab[j + oldCap] = hiHead;
                        }
                    }
                }
            }
        }
        //返回新数组
        return newTab;
    }

总结（扩容与迁移）：
1、扩容就是将旧表的数据迁移到新表
2、迁移过去的值需要重新计算hashCode，也就是他的存储位置
3、关于位置可以这样理解：比如旧表的长度8、新表长度16
旧表位置4有6个数据，假如前三个hashCode是一样的，后面的三个hashCode是一样的迁移的时候；就需要计算这6个值的存储位置
4、如何计算位置？采用低位链表和高位链表；如果位置4下面的数据e.hash & oldCap等于0，那么它对应的就是低位链表，也就是数据位置不变,e.hash & oldCap不等于0呢?就要重写计算他的位置也就是j + oldCap（4+8）；这个12，就是高位链表位置（新数组12位置）