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jdk源码-HashMap

AbstractMap

AbstractMap是Map接口的抽象实现类,通过抽象方法keySet()实现了get(key)remove(key)containsKey(key)containsValue(value)的基本算法,遍历加equals。

HashMap

HashMap是AbstractMap的一个实现类,1.8之后对其进行了重写,加入TreeNode的结构,原因是存在使用不当的hashcode导致许多key都是用共同的hashcode,在大量数据的情况下,效率慢。于是切到TreeNode结构。只有重写hashCode不当会导致这一个情况。

结构:数组 +(链表/红黑树)

方式:indexOf定位数组下标,根据下标链表+

扩容条件:当hashMap的数据到警戒值 size*0.75,就会扩容,数组*2

构造方法:阀值默认0.75f

hashMap构造后,并不会新建数组tab,只会赋值阀值因子,它是懒加载,只有在第一次插入值的时候加载一个长度为16的数组。

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

get(key):对key做一个hash处理,得到的hash值进行(tab.length - 1) & hash来获得数组index,判断数组的第一个Node是否为TreeNode类型,是-调用getTreeNode(),不是,遍历链表Node,判断key的hashCode与equlas。

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) {
        if (first.hash == hash && // always check first node
            ((k = first.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
            return first;
        if ((e = first.next) != null) {
            if (first instanceof TreeNode)
                return ((TreeNode<K,V>)first).getTreeNode(hash, key);
            do {
                if (e.hash == hash &&
                    ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                    return e;
            } while ((e = e.next) != null);
        }
    }
    return null;
}

注意一下hash算法,如果key是null,会转成0,但是key是通过equals来比较是否相同的,所以hashMap key不可为空。

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

put(key,object):hashMap的put(key)是一个比较复杂的算法,流程是这样的判断链表是否存在,不存在resize(),新建一个长度为16,阀值系数为0.75的hashMap;存在取得hash(key)并通过公式(tab.length - 1) & hash来获得数组index,判断数组tab[index]元素是否存在,不存在直接插入;存在判断是否为TreeNode,是TreeNode就安TreeNode的方法插入;不是就遍历链表,如果不存在key相同,就插入末尾,否则替换;判断该链表长度,如果大于8,就直接转出TreeNode;节点数加一并判断是否超过阀值,如果超过就resize()resize()会把数组扩容为double,遍历老tab中的数组每一项;如果是treeNode,就按treeNode的方法重写定位;如果不是,遍历链表所有元素,如果满足公式(e.hash & oldCap) == 0,就把该元素放到新tab的原index,如果不满足,则把该元素放到新tab的原index加原tab.length的位置,新的元素都插入在链表尾。

注意:在1.8的HashMap中,因为put放入的是尾节点,且resize()也是放尾节点,就算同时两个线程put并resize(),也不会出现循环链表,只会出现put遗漏的情况。而1.7的hashMap存在出现循环链表的情况。

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;
    // 如果数组不存在,重新创建数组
    if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
        n = (tab = resize()).length;
    // 如果数组index的项为空,直接赋值
    if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
        tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
    else {
        Node<K,V> e; K k;
        // 如果第一个元素的key与插入key相同,直接替换
        if (p.hash == hash &&
            ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
            e = p;
        // 如果是TreeNode,走putTreeVal方法
        else if (p instanceof TreeNode)
            e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
        else {
            // 遍历链表
            for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
                // 如果到了链表尾还没有相同的key,就将key和value构造成新元素并插入链表尾。
                if ((e = p.next) == null) {
                    p.next = newNode(hash, key, value, null);
                    // 如果链表长度超过8,链表转红黑数
                    if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st
                        treeifyBin(tab, hash);
                    break;
                }
                // 如果找到,跳出循环
                if (e.hash == hash &&
                    ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                    break;
                p = e;
            }
        }
        // e不为空就是找到元素并跳出
        if (e != null) { // existing mapping for key
            V oldValue = e.value;
            if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
                e.value = value;
            // 埋点空方法,可以重写做监控
            afterNodeAccess(e);
            return oldValue;
        }
    }
    ++modCount;
    // 如果大小超过阀值,扩容
    if (++size > threshold)
        resize();
    // 埋点空方法,可以重写做监控
    afterNodeInsertion(evict);
    return null;
}
// 初始化hashMap 或 扩容
final Node<K,V>[] resize() {
    Node<K,V>[] oldTab = table;
    int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length;
    int oldThr = threshold;
    int newCap, newThr = 0;
    // 如果原hashMap的tab不为空,扩容为之前两倍。
    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;
    //tab为空
    else {               // zero initial threshold signifies using defaults
        // 如果原tab为空,新建数组,长度16,阀值16*0.75
        newCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY;
        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);
    }
    threshold = newThr;
    // 创建新数组newTab
    @SuppressWarnings({"rawtypes","unchecked"})
        Node<K,V>[] newTab = (Node<K,V>[])new Node[newCap];
    table = newTab;
    if (oldTab != null) {
        // 遍历老数组,并把元素发到新数组
        for (int j = 0; j < oldCap; ++j) {
            Node<K,V> e;
            if ((e = oldTab[j]) != null) {
                oldTab[j] = null;
                // 如果数组该index只有一个元素,放到新数组的`e.hash & (newCap - 1)`下。
                if (e.next == null)
                    newTab[e.hash & (newCap - 1)] = e;
                // 如果数组元素是TreeNode,走TreeNode的split方法
                else if (e instanceof TreeNode)
                    ((TreeNode<K,V>)e).split(this, newTab, j, oldCap);
                // 遍历链表所有元素,如果满足公式(e.hash & oldCap) == 0,就把该元素放到新tab的原index的链表末尾,如果不满足,则把该元素放到新tab的原index加原tab.length的链表末尾
                else {
                    Node<K,V> loHead = null, loTail = null;
                    Node<K,V> hiHead = null, hiTail = null;
                    Node<K,V> 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;
}

keySet():key用于遍历所有Map元素,HashMap通过内部类实现Set接口

final class KeySet extends AbstractSet<K> {
    public final int size()                 { return size; }
    public final void clear()               { HashMap.this.clear(); }
    public final Iterator<K> iterator()     { return new KeyIterator(); }
    
    public final Spliterator<K> spliterator() {
        return new KeySpliterator<>(HashMap.this, 0, -1, 0, 0);
    }
    public final void forEach(Consumer<? super K> action) {
        Node<K,V>[] tab;
        if (action == null)
            throw new NullPointerException();
        if (size > 0 && (tab = table) != null) {
            int mc = modCount;
            //先遍历数组,接着遍历数组每一项的所有的链表数据
            for (int i = 0; i < tab.length; ++i) {
                for (Node<K,V> e = tab[i]; e != null; e = e.next)
                    action.accept(e.key);
            }
            if (modCount != mc)
                throw new ConcurrentModificationException();
        }
    }
}
final class KeyIterator extends HashIterator
    implements Iterator<K> {
    public final K next() { return nextNode().key; }
}
abstract class HashIterator {
    Node<K,V> next;        // next entry to return
    Node<K,V> current;     // current entry
    int expectedModCount;  // for fast-fail
    int index;             // current slot

    HashIterator() {
        expectedModCount = modCount;
        Node<K,V>[] t = table;
        current = next = null;
        index = 0;
        if (t != null && size > 0) { // advance to first entry
            do {} while (index < t.length && (next = t[index++]) == null);
        }
    }

	// 通过两个元素,next和current来迭代,返回current,判断next。
    final Node<K,V> nextNode() {
        Node<K,V>[] t;
        Node<K,V> e = next;
        if (modCount != expectedModCount)
            throw new ConcurrentModificationException();
        if (e == null)
            throw new NoSuchElementException();
        if ((next = (current = e).next) == null && (t = table) != null) {
            do {} while (index < t.length && (next = t[index++]) == null);
        }
        return e;
    }
}

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