HashMap扩容机制

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使用

扩容机制

新增方法(put)

总结


hashMap是基于Hash表的Map实现,存储的方式未key:value类型的键值对,同时允许key、value为null,如果出现像如同的key或者value十,新值将会覆盖之前的值。

使用

 //初始化HashMap
        Map<String,Object>  hashMap = new HashMap<String, Object>();

        //赋值
        hashMap.put("id",1);
        hashMap.put("name","张三");
        //取值
        Integer id = (Integer) hashMap.get("id");
        String name = (String) hashMap.get("name");
        System.out.println("id:"+id);
        System.out.println("name:"+name);

这就是一个简单的马匹使用,其中Map<String,Object>  你可以制定map的键值对类型,也可以不指定直接,如:

Map hashMap = new HashMap<();

这样写代表此map的键值对都是object类型的,你可以随访存放你的类型,如果你只想存储String类型的key,int类型的value,声明如下:

Map<String,Integer>  hashMap = new HashMap<String, Integer>();

在这里需要注意一点,制定类型的时候只能十包装类型,也就是   Long、Integer、Double等等,是不能使用long、int、double。

这里还有一个问题,那就是如果我不知道我存的key是什么我能拿到HashMap的数据吗?当然可以

 //初始化HashMap
        Map<String,Object>  hashMap = new HashMap<String, Object>();
        //赋值
        hashMap.put("id",1);
        hashMap.put("name","张三");
        //取值
//        Integer id = (Integer) hashMap.get("id");
//        String name = (String) hashMap.get("name");
        //获取所有的key值
        Set<String> keys=hashMap.keySet();//将map的key转换成set集合
        Iterator<String> keyInterator1=keys.iterator();//将keys转换成迭代器
        System.out.println("map的所有key值===============");
        while (keyInterator1.hasNext()){
            System.out.println(keyInterator1.next() );
        }
        System.out.println("map的所有value值===============");
        Collection<Object> values=hashMap.values();
        Iterator<Object> keyInterator2=values.iterator();
        while (keyInterator2.hasNext()){
            System.out.println(keyInterator2.next());
        }

请看结果:

是不是与上面的赋值对应上了

下面来介绍一下HashMap的性能以及安全问题

刚刚说了HashMap的存储是基于hash算法实现的,那他具体是如何实现的呢?当程序执行HashMap的put方法时,将调用String的 hashCode() 方法得到其 hashCode 值,在这里说明一下HashCode的因子是31,最后会根据计算出来的HashCode存放Map的元素.

扩容机制

我们先来看一下HashMap的初始化,HashMap提供了4中构造函数:
 

        //无参构造
        Map<String,Object> map1 = new HashMap<String, Object>();
        //有参构造   传入初始容器大小
        Map<String,Object> map2 = new HashMap<String, Object>(100);
        //有参构造  传入初始容器以及负载因子
        Map<String,Object> map3 = new HashMap<String, Object>(100,0.8f);
        //有参构造  讲一个map赋值给一个新的map
        Map<String,Object> map4 = new HashMap<String, Object>(map1);

我们现在分别来看一下这几个构造函数的源码:
1.new HashMap()

/**
     * Constructs an empty <tt>HashMap</tt> with the default initial capacity
     * (16) and the default load factor (0.75).
     */
    public HashMap() {
        this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR; // all other fields defaulted
    }

此构造只做了一件事,那就是给负载因子赋初始值:0.75

2.new HashMap<String, Object>(100);

initialCapacity:初始化的容器大小
DEFAULT_LOAD_FACTOR:初始化的负载因子大小:0.75
threshold:容器的初始化大小
但是需要注意一点我们给的初始化容器大小:100并不是最终的大小,请看下面代码:

 static final int tableSizeFor(int cap) {
        int n = cap - 1;
        n |= n >>> 1;
        n |= n >>> 2;
        n |= n >>> 4;
        n |= n >>> 8;
        n |= n >>> 16;
        return (n < 0) ? 1 : (n >= MAXIMUM_CAPACITY) ? MAXIMUM_CAPACITY : n + 1;
    }

容器大小都是以2的幂形式,所以并不是我们实例化指定的,它是通过你给定的大小计算出最终的大小。

第三种和第二种构造一样,唯一区别就是第三种可以手动指定负载因子,而第二种只能使用默认的负载因子,第四种事拷贝map到新的map中。

新增方法(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;
        if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
            n = (tab = resize()).length;
        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;
    }

当第一次调用put()时,会进行一次resize(),resize主要作用:
1.扩容。
2.分配容器大小。
3.分配扩容的阈值。
4.如果发生扩容,数据拷贝。
源码如下:
 

final Node<K,V>[] resize() {
        Node<K,V>[] oldTab = table;
        int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length;
        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
            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;
        @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) {
                Node<K,V> e;
                if ((e = oldTab[j]) != null) {
                    oldTab[j] = null;
                    if (e.next == null)
                        newTab[e.hash & (newCap - 1)] = e;
                    else if (e instanceof TreeNode)
                        ((TreeNode<K,V>)e).split(this, newTab, j, oldCap);
                    else { // preserve order
                        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;
    }
我们使用第一个构造函数进行debug调式:
oldThr = threshold:容器的初始化大小,由于我们没有指定,所以这里等于0

请看,重点来了,请看下面这两行代码:

newCap:容器默认的大小:16
newThr:扩容的大小:容器大小 * 负载因子 = 16* 0.75 = 12

但是这里需要注意一点,newCap不会作为最终的容器大小,往下看你会发现程序将newThr(12)赋值给了threshold,也就是说容器的大小变成了12,而不是之前的默认大小16,这点需要特别注意,其实之前说的threshold(容器大小)不是真正的容器大小,而是需要进行扩容的阈值,那容器的大小是由哪个字段决定的呢?请看代码:

容器的大小会被保留在table这个字段中,那一次扩容的大小是多少呢?我们来看下面这段代码:

看到没有,扩容的时候会执行oldThr << 1:oldThr 左移1位,也就是上一次的扩容阈值*2 = 12*2=24,所以下次容器中要塞满24条数据才能再次出发扩容。

关于有参构造的扩容方式也是类似,只是在初始化resize的时候会使用给定的值(通过特定的算法得出的容器大小,上面已经讲过了,并不是你传入的大小,这点一定要特别注意)*负载因子而不是默认的值,感兴趣的朋友可以自己跟着源码走一遍,不难理解

总结

容器扩容是由容器大小以及负载因子共同决定的,同时容器大小和负载因子都是可以在初始化的时候指定,那是不是可以将负载因子设置为1呢?让数据达到容器的最大值在进行扩容,如果一定要这样设计也是可以的,但是不推荐,设置的太高,可能会发生Hash碰撞问题,所以官方给出的0.75是一个比较合理的数值。

那我们实例化的时候HashMap的时候是否需要给定初始化容器大小呢?这个就要看具体需求了,如果map中存储的数据不多,仅仅只是几个查询条件,那么大可不必设置初始大小,默认的已经够了,另外一种,我们需要用map接收几万的数据,这个时候就需要我们设置一下容器的初始化大小,为什么呢?,与如果不设置,那么map在数据达到12的时候会进行一次扩容,数据达到24的时候进行一次扩容。。。。。。。几万的数据,会扩容很多次,但是孔融还有一点刚刚我没有降到,那就是扩容时会伴随着数据拷贝,扩容次数越多,拷贝的次数也就越多,这样会浪费性能,所以到底如何选择容器的大小,我们应该结合实际情况做出不同的方法。

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