Java集合09 - JDK1.8中的HashMap

目录

1.底层实现原理

2.resize()函数详解

3.put()方法流程


       个人建议:学习1.8的HashMap前,务必要把1.7的HashMap底层实现结构、hash函数、resize()扩容机制、transfer()数据迁移、put()函数流程了解清楚,再对比1.8看做了哪些改变,直接看1.8容易懵。

1.底层实现原理

       众所周知,1.8的HashMap底层实现结构是数组+链表+红黑树,其内部定义了这样两个成员变量:

       这两个变量用于对链表树化时机进行判断,那么思考这样一个问题,为什么大于8才树化,为什么小于6要链化,别的值不行么?源码注释已经很好地帮我们解答了这个问题:

       解释下为:如果用户采用的hash函数分布良好的话,红黑树是很少会被用到的,因为各个值都均匀分布,很少出现链表很长的情况。在理想情况下,链表长度符合泊松分布,各个长度的命中概率依次递减,注释中给我们展示了节点数从1~8的具体命中概率,当链表长度为8时,概率概率仅为0.00000006,可以看到发生此事件的概率已经很小了。总结下来说:套入泊松分布公式,计算出6和8这两个值是合适值。

2.resize()函数详解

       1.8HashMap的扩容方法和1.7中有些许区别,1.7中扩容方法只负责扩容,但在1.8中扩容方法还负责对底层空数组的初始化操作,我们先看一下resize()方法是怎样对空数组进行初始化的():

/**
     * Initializes or doubles table size.  If null, allocates in
     * accord with initial capacity target held in field threshold.
     * Otherwise, because we are using power-of-two expansion, the
     * elements from each bin must either stay at same index, or move
     * with a power of two offset in the new table.
     *  @return the table
     * 
     * 初始化或者翻倍表大小。
     * 如果为空,则根据字段阈值中保留的初始容量目标进行分配。
     * 否则,因为我们使用的是二次展开的幂,每个bin中的元素必须保持在相同的索引中,
     * 或者在新表中以2的幂次偏移量移动。
     */
    final Node<K,V>[] resize() {
        Node<K,V>[] oldTab = table;
        int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length;
        int oldThr = threshold;
        //新的容量值,新的扩容阀界值
        int newCap, newThr = 0;
        //oldTab!=null,则oldCap>0
        if (oldCap > 0) {
            //已经到了最大容量,则阈值设置为整数的最大值 Integer.MAX_VALUE,直接返回这个oldTab的内存地址。 
            if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) {
                threshold = Integer.MAX_VALUE;
                return oldTab;
            }
            //如果(当前容量*2<最大容量&&当前容量>=默认初始化容量(16))
            else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY && 
                     oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)
                //如果能进来证明是扩容而不是初始化
                //将原扩容阀界值*2)赋值给newThr
                newThr = oldThr << 1; // double threshold
        }
        else if (oldThr > 0) 
            //进入此if证明创建Map时使用的带参构造:public HashMap(int initialCapacity)或 public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor)
            newCap = oldThr;
        else {              
            //进入此if证明创建Map时使用的无参构造:
            //然后将新容量、新扩容阀值进行初始化
            newCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY;
            newThr = (int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY);
        }
        if (newThr == 0) {
            //进入此if有两种可能
            //一:进入此“if (oldCap > 0)”中且不满足该if中的两个if
            //二:进入这个“else if (oldThr > 0)”
            //分析:进入此if证明该Map在创建时使用的带参构造,如果是第一种情况就说明进行扩容且oldCap(旧容量)小于16,如果是第二种说明是第一次执行put()
            float ft = (float)newCap * loadFactor;
            //计算扩容阀值
            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;
        //如果“oldTab != null”说明是扩容,否则直接返回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)
                        //如果该元素是TreeNode的实例
                        ((TreeNode<K,V>)e).split(this, newTab, j, oldCap);
                    else { // preserve order
                        Node<K,V> loHead = null, loTail = null;//此对象接收会放在原来位置
                        Node<K,V> hiHead = null, hiTail = null;//此对象接收会放在“j + oldCap”(当前位置索引+原容量的值)
                        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;
    }

       具体初始化流程笔者写在了代码注释里,接下来我们重点关注下1.8下的数据迁移是怎么实现的:假设我们有A~F六个值,其对应hash值如图所示,碰巧所有元素都放在了一个位置上形成链表,(12%7=5)

       第一次:

       第二次:

       第三次:

       第四次:

       第五次:

       第六次:

       最终结果:

3.put()方法流程

       JDK1.8put方法流程图:

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