HashMap源码之resize方法

1.扩容原理

JDK7的时候先通过resize()方法对entry数组扩容，然后通过transfer()方法重新计算每个元素在新数组中的位置，对于JDK7的具体实现不再赘述。下面我们讲解下JDK1.8做了哪些优化。经过观测可以发现，我们使用的是2次幂的扩展(指长度扩为原来2倍)，所以，元素的位置要么是在原位置，要么是在原位置再移动2次幂的位置。看下图可以明白这句话的意思，n为table的长度，图（a）表示扩容前的key1和key2两种key确定索引位置的示例，图（b）表示扩容后key1和key2两种key确定索引位置的示例，其中hash1是key1对应的哈希与高位运算结果。

扩容后重新确定元素在数组中的索引.png

开始n为16，所以n-1的二进制表示1111，所以对于key1(0 0101)和key2(1 0101)来说，key & (n-1)计算出的结果是一样的，即(0101)，当扩容后，n等于32，n-1的二进制表示(1 1111)，此时key1(0 0101)和key2(1 0101)通过key & (n-1)计算出的结果就会不一样了，但会发现只是key2的计算结果比之前多了(1 0000)，即为16，正好是扩容前数组的长度，由此发现数组扩容后，之前数组的元素在新数组中的索引，要么是原位置，要么时原索引加上扩容前的数组长度，JDK8的resize()方法即利用了这一点，不用一个一个元素的计算其在新数组中的位置，而只用将老的数组中的元素分组，一组是原索引，一组是原索引加上老的数组长度，从而提升了效率。

JDK8扩容过程示意图.png

2.源码分析

final Node[] resize() {
    Node[] oldTab = table;
    int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length;
    int oldThr = threshold;
    int newCap, newThr = 0;
    
    // 原table中已经有值
    if (oldCap > 0) {
        // 已经超过最大限制, 不再扩容, 直接返回
        if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) {
            threshold = Integer.MAX_VALUE;
            return oldTab;
        }        
        // 注意, 这里扩容是变成原来的两倍
        // 但是有一个条件: `oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY`
        else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY &&
                 oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)
            newThr = oldThr << 1; // double threshold
    }    
    // 在构造函数一节中我们知道
    // 如果没有指定initialCapacity, 则不会给threshold赋值, 该值被初始化为0
    // 如果指定了initialCapacity, 该值被初始化成大于initialCapacity的最小的2的次幂    
    // 这里是指, 如果构造时指定了initialCapacity, 则用threshold作为table的实际大小
    else if (oldThr > 0) // initial capacity was placed in threshold
        newCap = oldThr;    
    // 如果构造时没有指定initialCapacity, 则用默认值
    else {               // zero initial threshold signifies using defaults
        newCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY;
        newThr = (int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY);
    }    
    // 计算指定了initialCapacity情况下的新的 threshold
    if (newThr == 0) {
        float ft = (float)newCap * loadFactor;
        newThr = (newCap < MAXIMUM_CAPACITY && ft < (float)MAXIMUM_CAPACITY ?
                  (int)ft : Integer.MAX_VALUE);
    }
    threshold = newThr;
    
    //从以上操作我们知道, 初始化HashMap时, 
    //如果构造函数没有指定initialCapacity, 则table大小为16
    //如果构造函数指定了initialCapacity, 则table大小为threshold, 即大于指定
    //initialCapacity的最小的2的整数次幂
        
    // 从下面开始, 初始化table或者扩容, 实际上都是通过新建一个table来完成的
    @SuppressWarnings({"rawtypes","unchecked"})
        Node[] newTab = (Node[])new Node[newCap];
    table = newTab;
    
    // 下面这段就是把原来table里面的值全部搬到新的table里面
    if (oldTab != null) {
        for (int j = 0; j < oldCap; ++j) {
            Node e;
            if ((e = oldTab[j]) != null) {
            // 这里注意, table中存放的只是Node的引用, 这里将oldTab[j]=null只是
            // 清除旧表的引用, 但是真正的node节点还在, 只是现在由e指向它
                oldTab[j] = null;
                
                // 如果该存储桶里面只有一个bin, 就直接将它放到新表的目标位置
                if (e.next == null)
                    newTab[e.hash & (newCap - 1)] = e;
                
                // 如果该存储桶里面存的是红黑树, 则拆分树
                else if (e instanceof TreeNode)
                    //红黑树的部分以后有机会再讲吧
                    ((TreeNode)e).split(this, newTab, j, oldCap);
                
                // 下面这段代码是对原数组中的链表分组，按原索引和原索引+老数组
                // 长度，很精妙, 我们单独分一段详细来讲
                else { // preserve order
                    Node loHead = null, loTail = null;
                    Node hiHead = null, hiTail = null;
                    Node 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;
}

3.resize时的链表拆分

下面我们单独来看看这段设计的很精妙的代码

//这里定义了四个Node的引用，从变量命名上，我们初步猜测，这里定义了两个链表，我们把它称为
//lo链表和hi链表，loHead和loTail分别指向lo链表的头节点和尾节点，hiHead和hiTail以此类推
Node loHead = null, loTail = null;
Node hiHead = null, hiTail = null;
Node next;
//整个do...while循环就是循环数组元素上的链表
do {
    //先获取链表当前节点的下一个节点
    next = e.next;
    //这里就是判断元素在新数组中的索引是原索引还是原索引+1
    //例如上面的key1的hash值(0 0101)，key2的hash值(1 0101)
    //老数组长度n为16时，key&(n-1)的值key1和key2一样
    //但如果直接key&n，则一个为0，一个为16，这里就是以这个作为判断条件
    if ((e.hash & oldCap) == 0) {
        //这里和下面一个道理，第一次进来链表头节点指向e1，同时尾节点同样指向e1
        //第二次进来，尾节点的next指向e2同时再把尾节点指向e2，此时头节点loHead
        //还是指向e1，而尾节点loTail指向了e2，第三次同理，最后就是loHead永远指向e1，
        //而loTail指向en，n为链表长度
        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);
//下面两个直接把不为空的链表放置于各自位置
if (loTail != null) {
    loTail.next = null;
    newTab[j] = loHead;
}
if (hiTail != null) {
    hiTail.next = null;
    newTab[j + oldCap] = hiHead;
}