HashMap容器(jdk1.8)
底層採用數組+鏈表+紅黑樹(哈希表)
key,value允許儲存null
線程不安全
默認容量16(初始化容量會強制轉成2的冪次方)
默認負載因子 0.75
查詢,增刪的效率都高
HashMap變量
//允許最大容量2的30次冪
static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;
//默認負載因子(會影響擴容閾值)
static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;
//需要樹化時閾值(鏈表轉紅黑樹)
static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8;
//需要去除樹化的閾值(紅黑樹轉鏈表)
static final int UNTREEIFY_THRESHOLD = 6;
//樹化最小容量
static final int MIN_TREEIFY_CAPACITY = 64;
//存放元素的哈希表(HashMap容器)
transient Node<K,V>[] table;
//鍵值對映射數量
transient int size;
//容器被改動的次數
transient int modCount;
//擴容閾值(檢測到哈希表的容量大於這個值就對哈希表進行擴容)
int threshold;
//負載因子
final float loadFactor;
HashMap的構造方法
//無參構造
public HashMap() {
//將負載因子設置爲控人的負載因子(0.75f)
this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR; // all other fields defaulted
}
/*
有參構造 初始化容量
可以看到初始化容量的實際上還是調用了HashMap(int initialCapacity, float loadFactor)構造
傳入了設置的初始化容量,和默認負載因子
*/
public HashMap(int initialCapacity) {
this(initialCapacity, DEFAULT_LOAD_FACTOR);
}
/*
帶負載因子參數的構造方法
*/
public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {
//如果傳入的默認容量小於零,拋出異常
if (initialCapacity < 0)
throw new IllegalArgumentException("Illegal initial capacity: " +
initialCapacity);
//如果傳入的默認的容量比HashMap允許的最大容量還大(2的30次冪),則重置爲允許最大容量
if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY)
initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY;
//如果傳入的負載因子小於零或者不是一個數字,拋出異常
if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor))
throw new IllegalArgumentException("Illegal load factor: " +
loadFactor);
//設置傳入符合條件的負載因子
this.loadFactor = loadFactor;
//設置擴容閾值
this.threshold = tableSizeFor(initialCapacity);
}
/*
此方法通過位運算保證傳入的容量值一定是2的冪次方
比如你傳入的是15實際上返回的是16
*/
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;
}
put(K key, V value)方法
public V put(K key, V value) {
return putVal(hash(key), key, value, false, true);
}
/*
這個函數爲擾動函數,爲了降低hashcode衝突的概率
那我們來分析一下這個函數是如果實現的
看核心部分的代碼 (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16)
代碼 h>>>16 是讓key的hashcode的二進制數向右無符號移動16位
假如這是hashcode的二進制 0010 0101 0010 0000 0110 0001 0010 0100
右移16位後 ^ 0000 0000 0000 0000 0010 0101 0010 0000
與或後 0010 0101 0010 0000 0100 0100 0000 0100
與或操作後的二進制相比之前hashcode的二進制具有了高位和低位的特徵,使得散列的值
就更加分散了
*/
static final int hash(Object key) {
int h;
return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
}
final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,
boolean evict) {
//tab 臨時哈希表
//p 當前添加元素的節點
//n 哈希表數組的長度
//i 元素在數組中的下標
Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, i;
//如果哈希表爲空,或者哈希表長度,就對哈希表進行擴容(擴容解析在下面)
if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
//將擴容後的哈希表給tab 長度給n
n = (tab = resize()).length;
/*
相同的key的hash值一定相同,不同的key的hash值可能相同
對key值進行尋址,如果爲空說明計算出來的這個位置沒有元素
*/
if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
//構建新節點,直接放入此位置
tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
/*
否則這個位置是有元素的,可能會產生hash衝突
也可能這個節點已經樹化了(變成紅黑樹結構)
*/
else {
//e 臨時節點
//K 臨時的key值
Node<K,V> e; K k;
/*
如果插入的hash值等於已存在此位置的元素的hash值,並且key值也相等
直接覆蓋當前節點的value值
*/
if (p.hash == hash &&
((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
//將衝突的節點給臨時節點e
e = p;
//此位置節點已經樹化了
else if (p instanceof TreeNode)
//直接將此數據插入紅黑樹中
e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
//此位置節點是鏈表
else {
//遍歷鏈表
for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
//如果遍歷到鏈表末尾
if ((e = p.next) == null) {
//將新元素插入到鏈表末尾
p.next = newNode(hash, key, value, null);
//如果鏈表長度>8 就將鏈表樹化
if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st
treeifyBin(tab, hash);
break;
}
//如果哈希值和key值都相同說明值相同
if (e.hash == hash &&
((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
break;
p = e;
}
}
//key已經存在覆蓋key相同的value
if (e != null) { // existing mapping for key
//保存舊節點value值
V oldValue = e.value;
//onlyIfAbsent爲false代表覆蓋值
if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
e.value = value;
afterNodeAccess(e);
//返回舊節點value值
return oldValue;
}
}
//容器操作值+1
++modCount;
//如果添加元素後實際值達到了擴容閾值再進行擴容
if (++size > threshold)
resize();
afterNodeInsertion(evict);
return null;
}
/**
*HashMap擴容方法
*/
final Node<K,V>[] resize() {
//舊哈希表
Node<K,V>[] oldTab = table;
//舊容量
int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length;
//舊擴容閾值
int oldThr = threshold;
//新哈希表,新擴容閾值
int newCap, newThr = 0;
//如果舊容量>0 說明初始化過
if (oldCap > 0) {
//如果舊容量比最大允許的容量值還大(2的30次方)
if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) {
//將下次擴容閾值設置爲最大值,不再進行擴容
threshold = Integer.MAX_VALUE;
//直接返回舊哈希表
return oldTab;
}
//否則正常擴容
//如果舊容量擴容兩倍小於允許最大容量值並且擴容後的容量大於等於默認的容量(2的四次方)
else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY &&
oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)
//將新的擴容閾值也擴大兩倍
newThr = oldThr << 1; // double threshold
}
//哈希表未初始過(未分配內存空間) HashMap是通過有參構造指定容量去構建的
else if (oldThr > 0) // initial capacity was placed in threshold
//如果舊擴容閾值大於零,就像新容量變成構造時設置的擴容閾值
newCap = oldThr;
//否則HashMap未初始化過(未分配內存空間)
//HashMap通過無參構造創建
else { // zero initial threshold signifies using defaults
//新容量等於默認初始容量(2的4次方)
newCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY;
//新擴容閾值等於默認負載因子*默認初始化容量(12)
newThr = (int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY);
}
//如果新擴容閾值等於零
if (newThr == 0) {
//則將擴容閾值設置爲 新容量*負載因子的整數值
float ft = (float)newCap * loadFactor;
newThr = (newCap < MAXIMUM_CAPACITY && ft < (float)MAXIMUM_CAPACITY ?
(int)ft : Integer.MAX_VALUE);
}
//設置HashMap擴容閾值
threshold = newThr;
@SuppressWarnings({"rawtypes","unchecked"})
//擴容後的哈希表
Node<K,V>[] newTab = (Node<K,V>[])new Node[newCap];
//將擴容後的空哈希表賦值給HashMap的哈希表
table = newTab;
//如果舊哈希表爲空說明有元素存在,需要將舊元素轉移到新哈希表中
if (oldTab != null) {
//遍歷舊哈希表
for (int j = 0; j < oldCap; ++j) {
//臨時元素
Node<K,V> e;
//如果當前節點不爲空,將當前節點保存至臨時節點e
if ((e = oldTab[j]) != null) {
//當前節點釋放,方便jvm gc回收
oldTab[j] = null;
//當前節點的後繼節點爲空,說明當前節點是數組上的單一節點
if (e.next == null)
//計算出當前元素在新哈希表中的位置,直接插入
newTab[e.hash & (newCap - 1)] = e;
//當前節點已經樹化(紅黑樹結構)
else if (e instanceof TreeNode)
//拆分重組樹
((TreeNode<K,V>)e).split(this, newTab, j, oldCap);
//當前節點爲鏈表
else { // preserve order
/*
下面的代碼是對鏈表擴容的核心,這裏的操作主要是將鏈表拆分成高低位鏈表
這樣鏈表的平均分散開,查詢性能也會大大提高
這條鏈表通過(hash & oldcap)來計算舊元素的位置在新哈希表的位置是否需要
移動,我們來看擴容前之前元素的位置是用(hash & oldcap-1)
來計算下標位置的,那這次擴容需要用(hash & oldcap)來計算?
那是因爲哈希表的長度(oldcap)默認是2的n次冪這代表oldcap的
二進制永遠是000001000這種形式,而ladcap-1是000001111這種形式
爲了便於理解,就列舉兩種hash值不同的情況,如果oldcap(擴容前的哈希表)爲16
新哈希表newcap爲32,那麼從未擴容前元素下標位置到擴容後元素下標的位置是
這樣變化的
--------------------------------------------------------
(hash & oladcap-1) (hash & oladcap) (hash & newcap-1)
00001 00001 00001
&01111 ==>1 &10000 ==>0 &11111 ==>00001=1
10001 10001 10001
&01111==>1 &10000 ==>1 &11111==>10001=(1+16)=17
----------------------------------------------------------
發現什麼規律沒有,如果通過 hash & oladcap 計算出來的值等於0,擴容前
和擴容後計算出來的位置是一樣的,那當前的要移動的鏈表節點對應還是放在
和之前就哈希表一樣的下標位置上就行,如果 hash & oladcap 爲 1,那通過
& 與操作後計算出來的下標值肯定比 hash & oladcap 計算出來的值等於0的
下標多16(因爲新哈希表的長度二進制相比之前向左移動了一位),這個元素就放到
新哈希表的(元素在舊哈希表的下標+哈希表的長度)
*/
/*
loHead 低位鏈表頭節點
loTail 低位鏈表尾節點
hiHead 高位鏈表頭節點
hiTail 高位鏈表尾節點
next 鏈表節點的下一節點
*/
Node<K,V> loHead = null, loTail = null;
Node<K,V> hiHead = null, hiTail = null;
Node<K,V> next;
do {
//當前待處理節點的下一節點
next = e.next;
//判斷是否需要移動位置
if ((e.hash & oldCap) == 0) {
//低位鏈表爲空
if (loTail == null)
//將代處理節點給低位鏈表頭節點
loHead = e;
//否則將新待處理節點追加到低位鏈表尾節點下一節點
else
loTail.next = e;
//第一次將處理節點追加到低位鏈表尾節點
loTail = e;
}
else {
//高位鏈表爲空
if (hiTail == null)
//將代處理節點給高位鏈表頭節點
hiHead = e;
//否則將新待處理節點追加到高位鏈表尾節點下一節點
else
hiTail.next = e;
//第一次將處理節點追加到高位鏈表尾節點
hiTail = e;
}
} while ((e = next) != null);
//如果低位鏈表尾不等於null
if (loTail != null) {
//低位鏈表的尾節點指向null
loTail.next = null;
//將低位鏈表頭節點放在新哈希表的原哈希表的下標位置上
newTab[j] = loHead;
}
if (hiTail != null) {
//高位鏈表的尾節點指向null
hiTail.next = null;
//將高位鏈表頭節點放在新哈希表的原哈希表的下標位置+原哈希表長度位置
newTab[j + oldCap] = hiHead;
}
}
}
}
}
//返回擴容後的新哈希表
return newTab;
}
/*
拆分樹
*/
final void split(HashMap<K,V> map, Node<K,V>[] tab, int index, int bit) {
//map 要擴容的HashMap對象
//tab 即將擴容的新哈希表
//index 當前拆分的節點下標
//bit 舊哈希表容量
//調用此方法的紅黑樹節點對象
TreeNode<K,V> b = this;
// Relink into lo and hi lists, preserving order
//低位頭節點和尾節點
TreeNode<K,V> loHead = null, loTail = null;
//高位頭節點和尾節點
TreeNode<K,V> hiHead = null, hiTail = null;
int lc = 0, hc = 0;
//遍歷紅黑樹
//創建e,b臨時TreeNode節點
for (TreeNode<K,V> e = b, next; e != null; e = next) {
//記錄紅黑樹節點的後繼節點
next = (TreeNode<K,V>)e.next;
//將e.next釋放,讓jvm gc回收
e.next = null;
//將紅黑樹拆分高低位鏈表
if ((e.hash & bit) == 0) {
if ((e.prev = loTail) == null)
loHead = e;
else
loTail.next = e;
loTail = e;
++lc;
}
else {
if ((e.prev = hiTail) == null)
hiHead = e;
else
hiTail.next = e;
hiTail = e;
++hc;
}
}
//如果鏈表的長度小於等於6則,紅黑樹轉成鏈表
if (loHead != null) {
if (lc <= UNTREEIFY_THRESHOLD)
tab[index] = loHead.untreeify(map);
else {
tab[index] = loHead;
if (hiHead != null) // (else is already treeified)
loHead.treeify(tab);
}
}
if (hiHead != null) {
if (hc <= UNTREEIFY_THRESHOLD)
tab[index + bit] = hiHead.untreeify(map);
else {
tab[index + bit] = hiHead;
if (loHead != null)
hiHead.treeify(tab);
}
}
}
/*
鏈表轉紅黑樹(樹化)方法
tab 哈希表
hash 新元素key的hash值
*/
final void treeifyBin(Node<K,V>[] tab, int hash) {
//n 哈希表長度
//index 新元素存放的下標位置
//e 臨時節點
int n, index; Node<K,V> e;
//如果哈希表爲空或者哈希表長度小於可樹化容量(64)
if (tab == null || (n = tab.length) < MIN_TREEIFY_CAPACITY)
//繼續擴容,讓哈希表長度達到可樹化長度
resize();
//否則如果新元素不爲空
else if ((e = tab[index = (n - 1) & hash]) != null) {
TreeNode<K,V> hd = null, tl = null;
do {
TreeNode<K,V> p = replacementTreeNode(e, null);
if (tl == null)
hd = p;
else {
p.prev = tl;
tl.next = p;
}
tl = p;
} while ((e = e.next) != null);
if ((tab[index] = hd) != null)
hd.treeify(tab);
}
}
final void treeify(Node<K,V>[] tab) {
TreeNode<K,V> root = null;
for (TreeNode<K,V> x = this, next; x != null; x = next) {
next = (TreeNode<K,V>)x.next;
x.left = x.right = null;
if (root == null) {
x.parent = null;
x.red = false;
root = x;
}
else {
K k = x.key;
int h = x.hash;
Class<?> kc = null;
for (TreeNode<K,V> p = root;;) {
int dir, ph;
K pk = p.key;
if ((ph = p.hash) > h)
dir = -1;
else if (ph < h)
dir = 1;
else if ((kc == null &&
(kc = comparableClassFor(k)) == null) ||
(dir = compareComparables(kc, k, pk)) == 0)
dir = tieBreakOrder(k, pk);
TreeNode<K,V> xp = p;
if ((p = (dir <= 0) ? p.left : p.right) == null) {
x.parent = xp;
if (dir <= 0)
xp.left = x;
else
xp.right = x;
root = balanceInsertion(root, x);
break;
}
}
}
}
moveRootToFront(tab, root);
}
HashMap的擴容方法
/**
*HashMap擴容方法
*/
final Node<K,V>[] resize() {
//舊哈希表
Node<K,V>[] oldTab = table;
//舊容量
int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length;
//舊擴容閾值
int oldThr = threshold;
//新哈希表,新擴容閾值
int newCap, newThr = 0;
//如果舊容量>0 說明初始化過
if (oldCap > 0) {
//如果舊容量比最大允許的容量值還大(2的30次方)
if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) {
//將下次擴容閾值設置爲最大值,不再進行擴容
threshold = Integer.MAX_VALUE;
//直接返回舊哈希表
return oldTab;
}
//否則正常擴容
//如果舊容量擴容兩倍小於允許最大容量值並且擴容後的容量大於等於默認的容量(2的四次方)
else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY &&
oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)
//將新的擴容閾值也擴大兩倍
newThr = oldThr << 1; // double threshold
}
//哈希表未初始過(未分配內存空間) HashMap是通過有參構造指定容量去構建的
else if (oldThr > 0) // initial capacity was placed in threshold
//如果舊擴容閾值大於零,就像新容量變成構造時設置的擴容閾值
newCap = oldThr;
//否則HashMap未初始化過(未分配內存空間)
//HashMap通過無參構造創建
else { // zero initial threshold signifies using defaults
//新容量等於默認初始容量(2的4次方)
newCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY;
//新擴容閾值等於默認負載因子*默認初始化容量(12)
newThr = (int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY);
}
//如果新擴容閾值等於零
if (newThr == 0) {
//則將擴容閾值設置爲 新容量*負載因子的整數值
float ft = (float)newCap * loadFactor;
newThr = (newCap < MAXIMUM_CAPACITY && ft < (float)MAXIMUM_CAPACITY ?
(int)ft : Integer.MAX_VALUE);
}
//設置HashMap擴容閾值
threshold = newThr;
@SuppressWarnings({"rawtypes","unchecked"})
//擴容後的哈希表
Node<K,V>[] newTab = (Node<K,V>[])new Node[newCap];
//將擴容後的空哈希表賦值給HashMap的哈希表
table = newTab;
//如果舊哈希表爲空說明有元素存在,需要將舊元素轉移到新哈希表中
if (oldTab != null) {
//遍歷舊哈希表
for (int j = 0; j < oldCap; ++j) {
//臨時元素
Node<K,V> e;
//如果當前節點不爲空,將當前節點保存至臨時節點e
if ((e = oldTab[j]) != null) {
//當前節點釋放,方便jvm gc回收
oldTab[j] = null;
//當前節點的後繼節點爲空,說明當前節點是數組上的單一節點
if (e.next == null)
//計算出當前元素在新哈希表中的位置,直接插入
newTab[e.hash & (newCap - 1)] = e;
//當前節點已經樹化(紅黑樹結構)
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;
}