读HashMap源码做的笔记

本文为jdk1.8源码。跟1.7最大的区别是引入了红黑树。1.8之前HashMap的数据结构为【数组-链表】 1.8之后增加了【数组-红黑树】默认在链表大于8时,转为红黑树结构
  • 【默认值】初始化容量

    /**
    * 初始化容量。16
    * The default initial capacity - MUST be a power of two.
    */
    static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; // aka 16
     ```
    
  • 【默认值】扩容启动默认值 在占到0.75的容量时,扩容.即3/4。扩容数量为2倍,在put()方法中新的value插入完成后,进行是否扩容的判断

    /**
     * 在占到0.75的容量时,扩容.即3/4。扩容数量为2倍
     * The load factor used when none specified in constructor.
     */
    static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;
    
  • 【默认值】链表长度超过8时,转为红黑树,小于等于6时,降为链表

    static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8;
    static final int UNTREEIFY_THRESHOLD = 6;
    
  • 【方法】有构造方法设置自定义的初始容量和扩容方案

    public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {
        if (initialCapacity < 0)
            throw new IllegalArgumentException("Illegal initial capacity: " +
                    initialCapacity);
        if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY)
            initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY;
        if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor))
            throw new IllegalArgumentException("Illegal load factor: " +
                    loadFactor);
        this.loadFactor = loadFactor;
        this.threshold = tableSizeFor(initialCapacity);
    }
    
  • 【方法】put(Key,Value) 最常用的方法 它有返回值。 可以发现,在key存在的情况下返回的是老的value,如果key不存在,则返回null 。 put方法是jdk1.8中改动最大的,多了一个putVal()方法。里面增加了红黑数(TreeNode)的数据结构,HashMap的查询速度得到了提升

      public V put(K key, V value) {
        return putVal(hash(key), key, value, false, true);
      }
    
    /**
     * Implements Map.put and related methods
     *
     * @param hash hash for key
     * @param key the key
     * @param value the value to put
     * @param onlyIfAbsent 如果为true 不改变已存在key的value
     * @param evict if false, the table is in creation mode.
     * @return previous value, or null if none
     */
      final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,
                   boolean evict) {
        /**
          * 这里可以看到HashMap的数据结构:tab 为数组。里面存着Node(链表或红黑树)
          */
        Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, i;
        if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
            n = (tab = resize()).length;
        /**
          *  hash值即为数组的index
          */
        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;
            /**
             * 判断table[i] 是否为treeNode,即table[i] 是否是红黑树,
             * 如果是红黑树,则直接在树中插入键值对
             */
            else if (p instanceof TreeNode)
                e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
            else {
                /**
                 * 遍历table[i],判断链表长度是否大于TREEIFY_THRESHOLD(默认值为8),大于8的话把链表转换为红黑树,
                 * 在红黑树中执行插入操作,否则进行链表的插入操作;遍历过程中若发现key已经存在直接覆盖value即可;
                 */
                for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
                    if ((e = p.next) == null) {
                        /**
                          *  对上一个Node的next 参数赋值为当前的Node,链式得到建立
                          */
                        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;
                }
            }
          /**
           *  可以发现,在key存在的情况下返回的是老的value
           */
            if (e != null) { // existing mapping for key
                /**
                *value值不会被覆盖,只是做了交换,老的值要返回
                */
                V oldValue = e.value;
                if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
                    e.value = value;
                afterNodeAccess(e);
                return oldValue;
            }
        }
        ++modCount;
        
       /**
         * 插入成功后,判断实际存在的键值对数量size是否超多了最大容量threshold,
         * 如果超过,进行扩容
         */
        if (++size > threshold)
            resize();
        afterNodeInsertion(evict);
        return null;
    }
    
  • 【内部类】Node<K,V> 链表和红黑树结构。jdk1.8之前。这个实体叫 Entry

    static class Node<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
      final int hash;
      final K key;
      V value;
      /**
        *  下一个Node存储在next中,实现了链式结构
        */
      Node<K,V> next;
    
      Node(int hash, K key, V value, Node<K,V> next) {
          this.hash = hash;
          this.key = key;
          this.value = value;
          this.next = next;
      }
    
      public final K getKey()        { return key; }
      public final V getValue()      { return value; }
      public final String toString() { return key + "=" + value; }
    
      public final int hashCode() {
          return Objects.hashCode(key) ^ Objects.hashCode(value);
      }
    
      public final V setValue(V newValue) {
          V oldValue = value;
          value = newValue;
          return oldValue;
      }
    
      public final boolean equals(Object o) {
          if (o == this)
              return true;
          if (o instanceof Map.Entry) {
              Map.Entry<?,?> e = (Map.Entry<?,?>)o;
              if (Objects.equals(key, e.getKey()) &&
                  Objects.equals(value, e.getValue()))
                  return true;
          }
          return false;
      }
    }
    
  • 【方法】resize() 容量调整方法
    /**
     * 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
     */
    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) {
            /**
            * 大于默认的最大的容量时,不再扩容
            */
            if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) {
                threshold = Integer.MAX_VALUE;
                return oldTab;
            }
          /**
           *当前容量*2后小于最大容量,并大于默认初始化容量(8)时,
           *进行扩容,扩容为2倍
           */
            else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY &&
                    oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)
                newThr = oldThr << 1; // double threshold  扩容为2倍
        }
        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;
                    /**
                     * 存在树结构时,判断是否需要降为链表。
                     *默认UNTREEIFY_THRESHOLD=6 小于等于6时降为链表
                     */
                    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;
    }
    
  • 【方法】提高遍历效率: entrySet() 方法返回entry集合,在对Map做遍历时,经常忽视这个entrySet(), 大部分时候使用的是keySet()方法,这个集合只返回了key,要取value的话需要再调用get(),这次调用就浪费了资源
    public Set<Map.Entry<K,V>> entrySet() {
        Set<Map.Entry<K,V>> es;
        return (es = entrySet) == null ? (entrySet = new EntrySet()) : es;
      }
    
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