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HashMap实现原理

源码详解

1. 构造函数

   HashMap()
   HashMap(int initialCapacity)
   HashMap(int initialCapacity,float loadFactor)
   HashMap(Map<? extends K, ? extends V> m)

2. 常量

   DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4  // 初始化容量 16
   MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30           //  最大容量 1 073 741 824
   DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f    // 负载因子, 超过 ‘容量*负载因子’,开始扩容 *2
   TREEIFY_THRESHOLD = 8          // 一个桶树化的阀值,当key.hashcode,相同超过8,会转成红黑树
   UNTREEIFY_THRESHOLD = 6        //一个桶链表化的阀值,当key.hashcode,相同低于6,会转成链表
   MIN_TREEIFY_CAPACITY = 64      //哈希表最小树形化容量,<64,即使key.hashcode超过8也不会树化

3. 核心函数

put

public V put(K key, V value) {
        return putVal(hash(key), key, value, false, true);
    }
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、初始化hash表,由此可见 hashMap的初始化是在调用时,不是在调用构造函数时
        if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
            n = (tab = resize()).length;
        //2、计算key存放下标:当前数组大小-1 & 当前hash值。如果此下标下没有元素,直接放入桶中
        if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
            tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
        else {
            Node<K,V> e; K k;
            //3、如果节点存在直接替换旧值
            if (p.hash == hash &&
                ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                e = p;
            //4、红黑树
            else if (p instanceof TreeNode)
                e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
            //5、链表
            else {
                for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
                    if ((e = p.next) == null) {
                        p.next = newNode(hash, key, value, null);
                        //链表长度大于8转为红黑树处理
                        if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st
                            treeifyBin(tab, hash);
                        break;
                    }
                    //key 存在直接覆盖旧值
                    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;
                //allbacks to allow LinkedHashMap post-actions
                afterNodeAccess(e);
                return oldValue;
            }
        }
        ++modCount;
       //6、超过容量,就扩容 
        if (++size > threshold)
            resize();
        //allbacks to allow LinkedHashMap post-actions 为linkedHashMap服务的,输入和输出有序
        afterNodeInsertion(evict);
        return null;
    }

get

public V get(Object key) {
        Node<K,V> e;
        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;
         
        if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 &&
            (first = tab[(n - 1) & hash]) != null) {
               //先判断头节点,算法和插入时一致 (n-1)&hash
            if (first.hash == hash && // always check first node
                ((k = first.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                return first;
            if ((e = first.next) != null) {
                //如果头节点是树节点
                if (first instanceof TreeNode)
                    return ((TreeNode<K,V>)first).getTreeNode(hash, key);
                //递归查找与key相同桶的节点
                do {
                    if (e.hash == hash &&
                        ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                        return e;
                } while ((e = e.next) != null);
            }
        }
        return null;
    }

4. 总结

1、initialCapacity默认16,元素达到容量的0.75倍时扩容;扩容在原来的容量*2 2、当key.hashcode相同时,会在当前节点上维护一个链表结构,当链表个数大于8且当前hash表中容量不小于64,会将链表转换成红黑树结构;相反如果树的个数低于6,会在转回链表 3、hashmap的初始化在调用put的时候执行 4、initialCapacity值为2的幂次方 5、hashmap在并发中会造成死循环,节点回环

5. 源码解惑

  1. 默认值为什么是16,负载因子为什么是0.75?

看下源码,注释上说 :Ideally, under random hashCodes, the frequency of nodes in bins follows a Poisson distribution (http://en.wikipedia.org/wiki/Poisson_distribution) with a parameter of about 0.5 on average for the default resizing threshold of 0.75, although with a large variance because of resizing granularity。 在理想情况下,使用随机哈希码,节点出现的频率在hash桶中遵循泊松分布,同时给出了桶中元素个数和概率的对照表。

从上面的表中可以看到当桶中元素到达8个的时候,概率已经变得非常小,也就是说用0.75作为加载因子,每个碰撞位置的链表长度超过8个是几乎不可能的。 为什么是16,不是15或者18 参考问题2。

  1. 为什么容量要是2的幂次方?

The default initial capacity - MUST be a power of two.

原因是减少hash碰撞的概率。计算元素下标的方式:(n - 1) & hash. 举个栗子:如果一个容量是15,两个元素hash值分别是8、9。根据(n-1)&hash 计算 (15-1)&8 = 1110&0100 =0100; (15-1)&9=1110&0101=0100。14的最后一位是0,&上0、1都是0,所以1的位置永远不能存储数据。所以0001、0011、0101、0111这些都是无法存储数据的,增加了hash碰撞的几率.

  1. hashmap在多线程下为什么会死循环? 原因是hashmap是线程不安全的,在put的时候会造成节点回环。 节点回环形成的原因:

hashMap扩容的时候,会重新计算下标,放入新Node中,摘取resize()关键代码,在多线程下,T1在44行的时候被挂起,由T2执行扩容操作,例如,在容量为2的hashMap中,存放3、7、,T2执行

扩容后 这时候由T1执行,T1执行的时候 e = oldTab[j] 指向了key:7 ,e.next = key:3,将key:7放入newTable,然后e和e.next向下移 会发现key:3的next =key:7 ,这时候环型连接形成了

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