简单谈谈HashMap
简单谈谈HashMap
前言
HashMap 基于哈希表的 Map 接口实现，是以 key-value 存储形式存在，即主要用来存放键值对。HashMap 的实现不是同步的，这意味着它不是线程安全的。它的 key、value 都可以为 null，此外，HashMap 中的映射不是有序的
hash算法
hash算法又叫摘要算法（Digest），是将给定数据转化为固定长度的不规则值的函数
- 输出值的数据长度固定（同一hash函数下）
- 相同的输入必定得到相同的输出值
- 相似的数据得到的输出值的差距也许会有点大
- 输入不同的数据有可能得到一致的输出值（哈希碰撞，也叫哈希冲突）
在java中，hashCode()定义在 JDK 的 Object 类中，这就意味着 Java 中的任何类都包含有 hashCode() 函数
//Object类的hashCode方法,返回的是对象的32位jvm内存地址
public native int hashCode();
- 1
- 2
使用native关键字说明这个方法是原生函数，也就是这个方法是用C/C++语言实现的，并且被编译成了DLL，由java去调用
String类重写了hashCode()方法
public int hashCode() {
int h = hash; //Default to 0
if (h == 0 && value.length > 0) { //private final char value[];
char val[] = value;
for (int i = 0; i < value.length; i++) {
h = 31 * h + val[i];
}
hash = h;
}
return h;
}
- 1
- 2
- 3
- 4
- 5
- 6
- 7
- 8
- 9
- 10
- 11
- 12
既然是hash算法，那么碰撞就不可能完全避免的
因为碰撞的概率关系到了算法的安全性，所以一个安全的哈希算法必须满足
- 碰撞概率低
- 不能通过哈希值算出原值
常用的哈希算法
| 算法 | 输出长度(字节) | 输出长度(位) |
|---|---|---|
| MD5 | 16 bytes | 128 bits |
| SHA-1 | 20 bytes | 160 bits |
| RipeMD-160 | 20 bytes | 160 bits |
| SHA-256 | 32 bytes | 256 bits |
| SHA-512 | 64 bytes | 512 bits |
根据碰撞概率，哈希算法的输出长度越长，就越难产生碰撞，也就越安全
hashmap的数据结构
jdk1.8之前：数组+链表
jdk1.8之后：数组+链表+红黑树
jdk1.7和jdk1.8的区别
简单讲解过程
大致过程大家应该都知道，简单讲就是hashcode结合数组长度，得到数组索引，空数组则放入，有元素则比对hash值，hash值相同则发生哈希碰撞，用equals比对key是否一致，一致则取到对应的值（put则覆盖），不一致就继续比对，到尾结点了就补链，链长度过长影响效率，默认链表长度大于为8且数组长度大于64时转红黑树
1.8之后为什么要引入红黑树？
哈希算法再好也无法避免哈希碰撞，当碰撞过多，接入链表时，前期数据少，效率还行
但是后期的不断碰撞，导致链表过长，读取需要遍历，时间消耗O(n)
而引入红黑树后，查找时间O(logn)，提高了效率
什么时候扩容？
/**
* The load factor used when none specified in constructor.
*/
static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;
//扩容条件1：table为null 或 tab长度为0
if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
n = (tab = resize()).length;
//扩容条件2：size是否大于了边界值
if (++size > threshold)
resize();
- 1
- 2
- 3
- 4
- 5
- 6
- 7
- 8
- 9
- 10
- 11
- 12
- 13
第一个条件没啥好说的，空的就扩呗
第二个条件就需要多注意一下了
-
size表示hashmap中k-v的实际数量，并不是数组的长度
-
边界值
threshold= 容量DEFAULT_INITIAL_CAPACITY* 负载因子DEFAULT_LOAD_FACTOR所以达到扩容的阈值点就是16*0.75 = 12
扩容源码
hashmap扩容是扩容一倍newThr = oldThr << 1; // double threshold（二进制左移一位就是数字翻倍）
cap容量给了老边界值newCap = oldThr;
如果老边界值为0则给初始值
newCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY;
newThr = (int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY);
- 1
- 2
高频集合扩容的信息
| 集合类 | 初始容量 | 负载因子 | 扩容增量 |
|---|---|---|---|
| ArrayList | 10 | 1 | 0.5倍 |
| Vector | 10 | 1 | 1倍 |
| HashSet | 16 | 0.75 | 1 倍 |
| HashMap | 16 | 0.75 | 1 倍 |
什么时候转红黑树？
/**
* The value must be greater than 2 and should be at least 8 to mesh with assumptions in
* tree removal about conversion back to plain bins upon shrinkage.
*/
static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8;
/**
* The smallest table capacity for which bins may be treeified.
* (Otherwise the table is resized if too many nodes in a bin.)
* Should be at least 4 * TREEIFY_THRESHOLD to avoid conflicts
* between resizing and treeification thresholds.
*/
static final int MIN_TREEIFY_CAPACITY = 64;
- 1
- 2
- 3
- 4
- 5
- 6
- 7
- 8
- 9
- 10
- 11
- 12
- 13
链表长度阈值8，数组长度大小64
链表阈值至少大于2且至少为8，才能符合红黑树在收缩的时候能转为普通链表
数组长度至少为4倍的链表阈值以避免冲突
if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) //先判断是否达到链表阈值
treeifyBin(tab, hash);
if (tab == null || (n = tab.length) < MIN_TREEIFY_CAPACITY)//再判断是否达到数组阈值
resize();
- 1
- 2
- 3
- 4
- 5
HashMap 中 hash 函数是怎么实现的？还有哪些hash函数的实现方式？
答：对于 key 的 hashCode 做 hash 操作，无符号右移 16 位然后做异或运算。还有平方取中法，伪随机数法和取余数法。这三种效率都比较低。而无符号右移 16 位异或运算效率是最高的。
当两个对象的 hashCode 相等时会怎么样？
答：会产生哈希碰撞。若 key 值内容相同则替换旧的 value，不然连接到链表后面，链表长度超过阈值 8 就转换为红黑树存储。
什么是哈希碰撞，如何解决哈希碰撞？
答：只要两个元素的 key 计算的哈希码值相同就会发生哈希碰撞。jdk8 之前使用链表解决哈希碰撞。jdk8之后使用链表 + 红黑树解决哈希碰撞。
如果两个键的 hashCode 相同，如何存储键值对？
答：通过 equals 比较内容是否相同。相同：则新的 value 覆盖之前的 value。不相同：则将新的键值对添加到哈希表中。
HashMap集合类的成员
public class HashMap<K,V> extends AbstractMap<K,V>
implements Map<K,V>, Cloneable, Serializable
- 1
- 2
Cloneable表示可克隆，Serializable可序列化
这两个接口都是一个声明接口
public interface Serializable {
}
public interface Cloneable {
}
- 1
- 2
- 3
- 4
- 5
hashmap继承了AbstractMap<K,V>，也实现了Map<K,V>，可是AbstractMap<K,V>也实现了Map<K,V>，可能是设计的时候有点bug
1.序列化版本号
private static final long serialVersionUID = 362498820763181265L;
- 1
序列化的含义、意义及使用场景
- 序列化：将对象写入到IO流中
- 反序列化：从IO流中恢复对象
- 意义：序列化机制允许将实现序列化的Java对象转换位字节序列，这些字节序列可以保存在磁盘上，或通过网络传输，以达到以后恢复成原来的对象。序列化机制使得对象可以脱离程序的运行而独立存在
2.集合的初始容量
/**
* The default initial capacity - MUST be a power of two.
*/
static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; // aka 16
- 1
- 2
- 3
- 4
默认初始容量 - 必须是 2 的幂，它为什么必须是2的幂呢？
大家知道hashmap为了存取高效，要尽量减少哈希碰撞，即：让数据分配均匀，数组空间都占据，链表长度接近
而hashmap的算法就是取模hash%%length，计算机直接取余的效率不如位运算
所以源码中做了优化hash&(length-1)，而hash%%length = hash&(length-1)前提就是length是2的幂次
&：按位与运算，两个当且仅当都为1的时候结果才为1
扩容是非常消耗性能的，默认的容量不一定适用，所以需要创建的就指定一个适合的大小才是正确的
那我自定义给的容量不是2的N次方呢？
会给一个比自定义容量更大一些的2n的数，例如14时就给16，20时就给32
/**
* Returns a power of two size for the given target capacity.
*/
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;
}
- 1
- 2
- 3
- 4
- 5
- 6
- 7
- 8
- 9
- 10
- 11
- 12
3.负载因子（加载因子）
static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;
- 1
上文已经讲得很清楚了，这里不再赘述
4.集合最大容量
static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;
- 1
最大容量是230，左移30位
5.树化阈值（转红黑树的边界值）
static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8;
static final int MIN_TREEIFY_CAPACITY = 64;
- 1
- 2
当链表长度大于8时会转为红黑树
（其实也需要数组长度大于64，上文也提到了）
final void treeifyBin(Node<K,V>[] tab, int hash) {
int n, index; Node<K,V> e;
if (tab == null || (n = tab.length) < MIN_TREEIFY_CAPACITY)
resize();
......
}
- 1
- 2
- 3
- 4
- 5
- 6
源码中的讲解是：到8转为红黑树 到6转为链表
红黑树的占用空间比链表要大很多，所以一开始还是链表会更好 ->空间和时间的权衡
为什么转化为红黑树的阈值8和转化为链表的阈值6不一样，是为了避免频繁来回转化
红黑树的平均查找长度是log(n),如果长度为8,平均查找长度为log(8)=3,链表的平均查找长度为n/2，当长为8时，平均查找长度为8/2=4,这才有转换成树的必要;链表长度如果是小于等于6，6/2=3, 而log(6)=2. 6,虽然速度也很快的，但是转化为树结构和生成树的时间并不会太短。
6.取消数化阈值（树转链表）
static final int UNTREEIFY_THRESHOLD = 6;
- 1
到8转为红黑树 到6转为链表
The value must be greater than 2 and should be at least 8 to mesh with assumptions in tree removal about conversion back to plain bins upon shrinkage.
该值必须大于 2 并且应该至少为 8 以符合树移除中关于在收缩时转换回普通 bin 的假设。
我们可以看见收缩转回普通bin，证明hashmap会从红黑树收缩为链表
And when they become too small (due to removal or resizing) they are converted back to plain bins.
当它们变得太小时（由于移除或调整大小），它们会被转换回桶。
HashMap的构造方法
1.默认
public HashMap() {
this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR; // all other fields defaulted
}
- 1
- 2
- 3
用的最多的，值都是默认值，也许并不是最好的选择
2.指定容量
public HashMap(int initialCapacity) {
this(initialCapacity, DEFAULT_LOAD_FACTOR);
}
- 1
- 2
- 3
因为扩容是非常消耗性能的，所以我们可以自定义容量
可以看到其实指定容量，就是把自定义的容量和默认的负载因子传给的下面的方法↓
3.指定容量和负载因子
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);
}
- 1
- 2
- 3
- 4
- 5
- 6
- 7
- 8
- 9
- 10
- 11
- 12
this.threshold = tableSizeFor(initialCapacity);
指定的容量必须为2n，上文也提到了那我自定义给的容量不是2的N次方呢？的问题，这里不再赘述
4.指定集合构造器
public HashMap(Map<? extends K, ? extends V> m) {
this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR;
putMapEntries(m, false);
}
final void putMapEntries(Map<? extends K, ? extends V> m, boolean evict) {
int s = m.size();
if (s > 0) {
if (table == null) { // pre-size
float ft = ((float)s / loadFactor) + 1.0F;
int t = ((ft < (float)MAXIMUM_CAPACITY) ?
(int)ft : MAXIMUM_CAPACITY);
if (t > threshold)
threshold = tableSizeFor(t);
}
else if (s > threshold)
resize();
for (Map.Entry<? extends K, ? extends V> e : m.entrySet()) {
K key = e.getKey();
V value = e.getValue();
putVal(hash(key), key, value, false, evict);
}
}
}
- 1
- 2
- 3
- 4
- 5
- 6
- 7
- 8
- 9
- 10
- 11
- 12
- 13
- 14
- 15
- 16
- 17
- 18
- 19
- 20
- 21
- 22
- 23
- 24
为什么float ft = ((float)s / loadFactor) + 1.0F;里要加这个1.0F呢？
一句话：为了得到更大的容量来减少扩容，提高效率
s/loadFactor的结果是小数,加1.0F与(int)ft相当于是对小数做一 个向上取整以尽可能的保证更大容量，更大的容量能够减少resize的调用次数
所以+1.0F是为了获取更大的容量
例如:原来集合的元素个数是6个，那么6/0.75是8, 是2的n次幂,那么新的数组大小就是8了。然后原来数组的数据就会存储到长度是8的新的数组中了，这样会导致在存储元素的时候，容量不够,还得继续扩容，那么性能降低了
而如果+1呢，数组长度直接变为16了，这样可以减少数组的扩容
HashMap的成员方法
1.增加put
大概步骤如下
- 先通过hash值计算出key映射到哪个桶(数组索引)
- 比对hash，如果桶上没有碰撞冲突，则直接插入
- 如果出现碰撞冲突了，则需要处理冲突
- 如果该桶使用红黑树处理冲突，则调用红黑树的方法插入数据
- 否则采用传统的链式方法插入。如果链的长度达到临界值，则把链转变为红黑树
- 比对key，如果桶中存在重复的键，则为该键替换新值value
- 如果size大于阈值threshold,则进行扩容
//HashMap
public V put(K key, V value) {
//计算key的hash值传给puval方法
return putVal(hash(key), key, value, false, true);
}
static final int hash(Object key) {
int h;
//可以看到，key为null时，hash值为0
//key的hashCode()无符号右移16位 再与 原值 异或^ -> 得到hash值
return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
}
//之前提到了hash和数组长度进行 按位与，得到索引
//(tab.length-1)&hash的结果与hash%%tab.length结果一致(length是2的幂次方情况下)
n = tab.length;
tab[i = (n - 1) & hash]
- 1
- 2
- 3
- 4
- 5
- 6
- 7
- 8
- 9
- 10
- 11
- 12
- 13
- 14
- 15
- 16
- 17
有点意思的是，hashmap此处key为null时返回索引为0
而HashTable中并没有判空操作，所以hashtable的key不能为null
//HashTable put()
if (value == null) {
throw new NullPointerException();
}
int hash = key.hashCode();
- 1
- 2
- 3
- 4
- 5
2.核心增加putVal
/**
* 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，请不要更改现有值
* @param evict 如果为false，则表处于创建模式
* @return previous value, or null if none
*/
final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,
boolean evict)
- 1
- 2
- 3
- 4
- 5
- 6
- 7
- 8
- 9
- 10
- 11
- 12
数组table的创建
hashmap的数组是随着new HashMap就被创建了嘛？
并不是，而是随着第一次putVal进行了判空而创建的(调用了扩容方法)
if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
n = (tab = resize()).length;
- 1
- 2
数组的索引的算法
n = tab.length
tab[i = (n - 1) & hash]
- 1
- 2
上文提到了，这里再复制一遍
大家知道hashmap为了存取高效，要尽量减少哈希碰撞，即：让数据分配均匀，数组空间都占据，链表长度接近
而hashmap的算法就是取模hash%%length，计算机直接取余的效率不如位运算
所以源码中做了优化hash&(length-1)，而hash%%length = hash&(length-1)前提就是length是2的幂次
3.转化红黑树treeifyBin
除非表太小，否则替换给定哈希索引处bin中的所有链接节点，在这种情况下改为调整大小
//putVal方法中，循环链表，判断count>=链表阈值-1时，进行转化
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;
}
- 1
- 2
- 3
- 4
- 5
- 6
- 7
- 8
- 9
- 10
- 11
- 12
- 13
在讲解转化方法之前，先讲一讲什么是2-3-4树和红黑树
这里推荐一个数据结构学习网站
什么是2-3-4树？
2-3-4树是四阶的B树(Balance Tree),他属于一种多路查找树,它的结构有以下限制：
所有叶子节点都拥有相同的深度
节点只能是2-节点、3-节点、4-节点
- 2-节点：包含1个元素的节点，有2个子节点
- 3-节点：包含2个元素的节点，有3个子节点
- 4-节点：包含3个元素的节点，有4个子节点
所有节点必须至少包含1个元素
元素始终保持排序顺序，整体上保持二叉查找树的性质，即父结点大于左子结点，小于右子结点
而且结点有多个元素时，每个元素必须大于它左边的和它的左子树中元素
2-3-4树的查询操作像普通的二叉搜索树一-样,非常简单,但由于其结点元素数不确定，在一些编程语言中实现起来并不方便， 实现一般使用它的等同——红黑树
2-3-4树和红黑树的关系
- 2节点 - 黑节点
- 3节点 - 左倾/右倾
- 4节点- 中间上移
什么是红黑树？
红黑树Red-Black-Tree [RBT] ，是一个自平衡的二叉查找树，每个节点都遵守下面的原则
-
每个节点要么是黑色，要么是红色
-
根节点是黑色
-
每个叶子节点是黑色
-
一棵树当中没有子结点（即度为0）的结点称为叶子结点
-
-
每个红色节点的两个子节点一定都是黑色
- 图中红色节点没有子节点是因为默认隐藏掉了为null的黑色节点
-
任意一个节点到每个叶子节点的路径都包含数量相等的黑节点
红黑树能自平衡靠的是什么？左旋、右旋、变色
左旋：子左给父右，父子交换
以某个结点作为支点(旋转结点),其右子结点变为旋转结点的父结点，
右子结点的左子结点变为旋转结点的右子结点，左子结点保持不变。
右旋：子右给父左，父子交换
以某个结点作为支点(旋转结点)，其左子结点变为旋转结点的父结点，
左子结点的右子结点变为旋转结点的左子结点，右子结点保持不变。
变色
节点颜色由黑边红或者由红变黑
红黑树对于插入节点的分析
对于一颗普通的二叉搜索树来说，就是左小右大
红黑树的插入也是这样的，只是插入完可能是需要做平衡处理（旋转、变色）
红黑树平衡的调整处理
- 2-3-4树2节点新增一个元素直接合并为3节点
- 红黑树：新增一个红色节点这个红色节点会添加在黑色节点下:不需要调整
- 2-3-4树3节点新增个元素 合并为一个4节点
- 红黑树：就会有6种情况两种(左中右)的不需要调整
- 根左左 根右右 旋转1次
- 根左右 根右左 旋转2次
- 2-3-4树4节点新增一个元素4节点中间元素升级为父节点新增元素和剩下节点合并
- 红黑树：新增节点是红色+爷爷节点是黑色父 节点和叔叔节点为红色
- 调整为爷爷节点变为红色，父亲和叔叔节点变为黑色，如果爷爷节点为root节点则调整为黑色
红黑树对于删除节点的分析
我们先看一颗普通的二叉树
前驱节点：对一棵二叉树进行中序遍历，遍历后的顺序，当前节点的前一个节点为该节点的前驱节点
后继节点：对一棵二叉树进行中序遍历，遍历后的顺序，当前节点的后一个节点为该节点的后继节点
例如一颗完全二叉树（1,2,3,4,5,6,7），按照中序遍历后的顺序为：（4,2,5,1,6,3,7）
即：1节点的前驱节点为：5，后继节点为：6
而删除操作就是有3种情况
- 删除叶子节点，直接删除
- 删除的节点有一个子节点，那么用子节点来替代
- 如果删除的节点右两个子节点，此时需要找到前驱节点或者后继节点来替代可以转换为1、2的情况
转换方法treeifyBin
//传入数组tab和hash值用于确定下标
final void treeifyBin(Node<K,V>[] tab, int hash) {
//n是数组长度，index是下标，e是根据hash值从数组中取的节点
int n, index; Node<K,V> e;
//判断数组还有没有容量及是否大于64的数组阈值，没则扩容
if (tab == null || (n = tab.length) < MIN_TREEIFY_CAPACITY)
resize();
//桶中节点不为空则循环转换红黑树节点
else if ((e = tab[index = (n - 1) & hash]) != null) {
//hd链表头结点，tl尾结点
TreeNode<K,V> hd = null, tl = null;
do {
//将普通节点转为树节点
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);
//链表处理变treeNode后放置回桶中
if ((tab[index] = hd) != null)
//将红黑树节点链表进行平衡操作，才是最终变为红黑树
hd.treeify(tab);
}
}
- 1
- 2
- 3
- 4
- 5
- 6
- 7
- 8
- 9
- 10
- 11
- 12
- 13
- 14
- 15
- 16
- 17
- 18
- 19
- 20
- 21
- 22
- 23
- 24
- 25
- 26
- 27
- 28
将节点转为树节点
TreeNode<K,V> replacementTreeNode(Node<K,V> p, Node<K,V> next) {
return new TreeNode<>(p.hash, p.key, p.value, next);
}
- 1
- 2
- 3
创建红黑树
final void treeify(Node<K,V>[] tab) {
TreeNode<K,V> root = null; // 定义树的根节点
for (TreeNode<K,V> x = this, next; x != null; x = next) { // 遍历链表，x指向当前节点、next指向下一个节点
next = (TreeNode<K,V>)x.next; // 下一个节点
x.left = x.right = null; // 设置当前节点的左右节点为空
if (root == null) { // 如果还没有根节点
x.parent = null; // 当前节点的父节点设为空
x.red = false; // 当前节点的红色属性设为false（把当前节点设为黑色）
root = x; // 根节点指向到当前节点
}
else { // 如果已经存在根节点了
K k = x.key; // 取得当前链表节点的key
int h = x.hash; // 取得当前链表节点的hash值
Class<?> kc = null; // 定义key所属的Class
for (TreeNode<K,V> p = root;;) { // 从根节点开始遍历，此遍历没有设置边界，只能从内部跳出
// GOTO1
int dir, ph; // dir 标识方向（左右）、ph标识当前树节点的hash值
K pk = p.key; // 当前树节点的key
if ((ph = p.hash) > h) // 如果当前树节点hash值 大于 当前链表节点的hash值
dir = -1; // 标识当前链表节点会放到当前树节点的左侧
else if (ph < h)
dir = 1; // 右侧
/*
* 如果两个节点的key的hash值相等，那么还要通过其他方式再进行比较
* 如果当前链表节点的key实现了comparable接口，并且当前树节点和链表节点是相同Class的实例，那么通过comparable的方式再比较两者。
* 如果还是相等，最后再通过tieBreakOrder比较一次
*/
else if ((kc == null &&
(kc = comparableClassFor(k)) == null) ||
(dir = compareComparables(kc, k, pk)) == 0)
dir = tieBreakOrder(k, pk);
TreeNode<K,V> xp = p; // 保存当前树节点
/*
* 如果dir 小于等于0 ： 当前链表节点一定放置在当前树节点的左侧，但不一定是该树节点的左孩子，也可能是左孩子的右孩子 或者 更深层次的节点。
* 如果dir 大于0 ： 当前链表节点一定放置在当前树节点的右侧，但不一定是该树节点的右孩子，也可能是右孩子的左孩子 或者 更深层次的节点。
* 如果当前树节点不是叶子节点，那么最终会以当前树节点的左孩子或者右孩子 为 起始节点 再从GOTO1 处开始 重新寻找自己（当前链表节点）的位置
* 如果当前树节点就是叶子节点，那么根据dir的值，就可以把当前链表节点挂载到当前树节点的左或者右侧了。
* 挂载之后，还需要重新把树进行平衡。平衡之后，就可以针对下一个链表节点进行处理了。
*/
if ((p = (dir <= 0) ? p.left : p.right) == null) {
x.parent = xp; // 当前链表节点 作为 当前树节点的子节点
if (dir <= 0)
xp.left = x; // 作为左孩子
else
xp.right = x; // 作为右孩子
root = balanceInsertion(root, x); // 重新平衡
break;
}
}
}
}
// 把所有的链表节点都遍历完之后，最终构造出来的树可能经历多个平衡操作，根节点目前到底是链表的哪一个节点是不确定的
// 因为我们要基于树来做查找，所以就应该把 tab[N] 得到的对象一定根是节点对象，而目前只是链表的第一个节点对象，所以要做相应的处理。
//把红黑树的根节点设为 其所在的数组槽 的第一个元素
//首先明确：TreeNode既是一个红黑树结构，也是一个双链表结构
//这个方法里做的事情，就是保证树的根节点一定也要成为链表的首节点
moveRootToFront(tab, root);
}
- 1
- 2
- 3
- 4
- 5
- 6
- 7
- 8
- 9
- 10
- 11
- 12
- 13
- 14
- 15
- 16
- 17
- 18
- 19
- 20
- 21
- 22
- 23
- 24
- 25
- 26
- 27
- 28
- 29
- 30
- 31
- 32
- 33
- 34
- 35
- 36
- 37
- 38
- 39
- 40
- 41
- 42
- 43
- 44
- 45
- 46
- 47
- 48
- 49
- 50
- 51
- 52
- 53
- 54
- 55
- 56
- 57
- 58
- 59
- 60
- 61
- 62
4.扩容resize
扩容机制在上文讲述了，这里不再赘述
容量翻倍
final Node<K,V>[] resize() {
//获取扩容之前的元素列表
Node<K,V>[] oldTab = table;
//获取之前的列表长度
int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length;
int oldThr = threshold;
int newCap, newThr = 0;
if (oldCap > 0) {
//如果原来的容量已经大于了最大容量,则把threshold设置成int的最大值
if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) {
threshold = Integer.MAX_VALUE;
return oldTab;
}
//否则,新的容量,扩充为原来的一杯oldCap << 1 向左位移1为,相当于oldCap * 2
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;
//如果走下面这个else,则说明是第一次put元素,也是第一次进行扩展
else { // zero initial threshold signifies using defaults
newCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY;
//扩容 = 扩容因子 * 容量,DEFAULT_INITIAL_CAPACITY 默认是16,DEFAULT_LOAD_FACTOR默认是0.75
newThr = (int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY);
}
- 1
- 2
- 3
- 4
- 5
- 6
- 7
- 8
- 9
- 10
- 11
- 12
- 13
- 14
- 15
- 16
- 17
- 18
- 19
- 20
- 21
- 22
- 23
- 24
- 25
- 26
- 27
- 28
- 29
- 30
重新计算，并旧转新
@SuppressWarnings({"rawtypes","unchecked"})
Node<K,V>[] newTab = (Node<K,V>[])new Node[newCap];
table = newTab;
//到此为止,如果是第一次扩容的时候,也就是原来没有元素,下面的代码不会运行
//如果原来有元素,则将原来的元素,进行放到新扩容的数组里面
if (oldTab != null) {
//循环原来的列表，将旧数组放置新数组中
for (int j = 0; j < oldCap; ++j) {
Node<K,V> e;
if ((e = oldTab[j]) != null) {
oldTab[j] = null;
//如果列表里面只有一个元素,直接将e的key的hash与新容量重新计算下标
if (e.next == null)
newTab[e.hash & (newCap - 1)] = e;
//如果是红黑树,则进行红黑树的复制
else if (e instanceof TreeNode)
((TreeNode<K,V>)e).split(this, newTab, j, oldCap);
else {
/*
这一块是处理原来的HashMap冲突的，因为容量扩容了
原来通过 & 运算出来的hash冲突的key,与新的容量 & 可能位置会发生改变
比如之前的冲突的两个key （k1,k2）的hash 分别为 1101，11101
初始化默认的容量是16 二进制就是 10000， 16-1的二进制就是 1111 与key进行& 运算结果都是 1101，但是与11111(36-1)进行 一个是1101 另一是11101
所以需要重新计算下标，通过与oldCap 进行 & 运算 分为低位和高位，因为和oldCap &运算只有两种结果，一种是0 另一种是oldCap
将结果=0的设置成低位，将等于oldCap的保存到高位，
低位的hash值肯定小于oldCap，所以下标还是在原来的位置
高位的hash一定大于oldCap，在二进制最左至少会多一个1（有可能还有前面还有其他二进制数字，但运算结果都是一样的）计算正好是原来位置加上新的容量
*/
//低位位链表头和尾
Node<K,V> loHead = null, loTail = null;
//高位链表头和尾
Node<K,V> hiHead = null, hiTail = null;
Node<K,V> next;
do {
//获取当前节点的下一个元素
next = e.next;
if ((e.hash & oldCap) == 0) {
//如果loTail==null说明是第一个元素,把这个元素赋值给loHead
if (loTail == null)
loHead = e;
else
//如果不是第一个元素,就把他加到后面
loTail.next = e;
loTail = e;
}
//高位节点的流程
else {
if (hiTail == null)
hiHead = e;
else
hiTail.next = e;
hiTail = e;
}
} while ((e = next) != null);
if (loTail != null) {
loTail.next = null;
//将原来下标指向低位的链表
newTab[j] = loHead;
}
if (hiTail != null) {
hiTail.next = null;
//下标 j + oldCap 计算出来的新下标正好是原来位置索引加上新的容量
newTab[j + oldCap] = hiHead;
}
}
}
}
}
return newTab;
}
- 1
- 2
- 3
- 4
- 5
- 6
- 7
- 8
- 9
- 10
- 11
- 12
- 13
- 14
- 15
- 16
- 17
- 18
- 19
- 20
- 21
- 22
- 23
- 24
- 25
- 26
- 27
- 28
- 29
- 30
- 31
- 32
- 33
- 34
- 35
- 36
- 37
- 38
- 39
- 40
- 41
- 42
- 43
- 44
- 45
- 46
- 47
- 48
- 49
- 50
- 51
- 52
- 53
- 54
- 55
- 56
- 57
- 58
- 59
- 60
- 61
- 62
- 63
- 64
- 65
- 66
- 67
- 68
- 69
- 70
- 71
- 72
- 73
- 74
扩容方法中JDK8对JDK7的优化
在jdk7中，所有元素按照索引算法全部重新计算，效率比较低
可以看到在1.7中，借助transfer()方法（jdk1.8中已移除），在扩容的时候会重新计算threshold，数组长度并进行rehash，这样的效率是偏低的
//jdk1.7
void resize(int newCapacity) {
Entry[] oldTable = table;
int oldCapacity = oldTable.length;
//判断是否有超出扩容的最大值，如果达到最大值则不进行扩容操作
if (oldCapacity == MAXIMUM_CAPACITY) {
threshold = Integer.MAX_VALUE;
return;
}
Entry[] newTable = new Entry[newCapacity];
// transfer()方法把原数组中的值放到新数组中
transfer(newTable, initHashSeedAsNeeded(newCapacity));
//设置hashmap扩容后为新的数组引用
table = newTable;
//设置hashmap扩容新的阈值
threshold = (int)Math.min(newCapacity * loadFactor, MAXIMUM_CAPACITY + 1);
}
void transfer(Entry[] newTable, boolean rehash) {
int newCapacity = newTable.length;
for (Entry<K,V> e : table) {
while(null != e) {
Entry<K,V> next = e.next;
if (rehash) {
e.hash = null == e.key ? 0 : hash(e.key);
}
//通过key值的hash值和新数组的大小算出在当前数组中的存放位置
int i = indexFor(e.hash, newCapacity);
e.next = newTable[i];
newTable[i] = e;
e = next;
}
}
}
- 1
- 2
- 3
- 4
- 5
- 6
- 7
- 8
- 9
- 10
- 11
- 12
- 13
- 14
- 15
- 16
- 17
- 18
- 19
- 20
- 21
- 22
- 23
- 24
- 25
- 26
- 27
- 28
- 29
- 30
- 31
- 32
- 33
- 34
- 35
在jdk8中，在扩充HashMap的时候,不需要重新计算hash，只需要看看原来的hash值新增的那个bit是1还是0就行
e.hash & oldCap进行位运算，判断结果
- 是0的话，索引没变：原位置
newTab[j] = loHead; - 是1的话，索引变成：原索引+oldCap(原位置+旧容量)
newTab[j + oldCap] = hiHead;
正是因为这样巧妙的rehash方式，既省去了重新计算hash值的时间，而且同时，由于新增的1bit是0还是1可以认
为是随机的，在resize的过程中保证了rehash之后每个桶上的节点数一定小于等于原来桶上的节点数,保证了
rehash之后不会出现更严重的hash冲突，均匀的把之前的冲突的节点分散到新的桶中了。
//jdk1.8
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;
}
//扩容后的位置=原位置
if (loTail != null) {
loTail.next = null;
newTab[j] = loHead;
}
//扩容后的位置 = 原位置 + 旧容量
if (hiTail != null) {
hiTail.next = null;
newTab[j + oldCap] = hiHead;
}
- 1
- 2
- 3
- 4
- 5
- 6
- 7
- 8
- 9
- 10
- 11
- 12
- 13
- 14
- 15
- 16
- 17
- 18
- 19
- 20
- 21
- 22
- 23
- 24
- 25
- 26
从上面的源码中可以分析出扩容分为三种情况：
第一种是初始化阶段，此时的newCap和newThr均设为0，从之前的源码可知，第一次扩容的时候，默认的阈值就是threshold = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY * DEFAULT_LOAD_FACTOR = 12。DEFAULT_INITIAL_CAPACITY为16， DEFAULT_LOAD_FACTOR 为0.75.
第二种是如果oldCap大于0，也就是扩容过的话，每次table的容量和threshold都会扩围原来的两倍
第三种是如果指定了threshold的初始容量的话，newCap就会等于这个threshold，新的threshold会重新计算
5.删除remove
和put一样，为用户提供一个方法，实际上调用的removeNode
传递key的hash值选中位置，传递key以选中具体元素进行删除
判断删除的节点存不存在，存在则删除并返回节点的值value，反之返回null
public V remove(Object key) {
Node<K,V> e;
return (e = removeNode(hash(key), key, null, false, true)) == null ?
null : e.value;
}
- 1
- 2
- 3
- 4
- 5
6.核心删除removeNode
/**
* 方法为final，不可被覆写，子类可以通过实现afterNodeRemoval方法来增加自己的处理逻辑（解析中有描述）
*
* @param hash key的hash值，该值是通过hash(key)获取到的
* @param key 要删除的键值对的key
* @param value 要删除的键值对的value，该值是否作为删除的条件取决于matchValue是否为true
* @param matchValue 如果为true，则当key对应的键值对的值equals(value)为true时才删除；否则不关心value的值
* @param movable 删除后是否移动节点，如果为false，则不移动
* @return 返回被删除的节点对象，如果没有删除任何节点则返回null
*/
final Node<K,V> removeNode(int hash, Object key, Object value,
boolean matchValue, boolean movable) {
Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, index; // 声明节点数组、当前节点、数组长度、索引值
/*
* 如果 节点数组tab不为空、数组长度n大于0、根据hash定位到的节点对象p（该节点为 树的根节点 或 链表的首节点）不为空
* 需要从该节点p向下遍历，找到那个和key匹配的节点对象
*/
if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 &&
(p = tab[index = (n - 1) & hash]) != null) {
Node<K,V> node = null, e; K k; V v; // 定义要返回的节点对象，声明一个临时节点变量、键变量、值变量
// 如果当前节点的键和key相等，那么当前节点就是要删除的节点，赋值给node
if (p.hash == hash &&
((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
node = p;
/*
* 到这一步说明首节点没有匹配上，那么检查下是否有next节点
* 如果没有next节点，就说明该节点所在位置上没有发生hash碰撞, 就一个节点并且还没匹配上，也就没得删了，最终也就返回null了
* 如果存在next节点，就说明该数组位置上发生了hash碰撞，此时可能存在一个链表，也可能是一颗红黑树
*/
else if ((e = p.next) != null) {
// 如果当前节点是TreeNode类型，说明已经是一个红黑树，那么调用getTreeNode方法从树结构中查找满足条件的节点
if (p instanceof TreeNode)
node = ((TreeNode<K,V>)p).getTreeNode(hash, key);
// 如果不是树节点，那么就是一个链表，只需要从头到尾逐个节点比对即可
else {
do {
// 如果e节点的键是否和key相等，e节点就是要删除的节点，赋值给node变量，调出循环
if (e.hash == hash &&
((k = e.key) == key ||
(key != null && key.equals(k)))) {
node = e;
break;
}
// 走到这里，说明e也没有匹配上
p = e; // 把当前节点p指向e，这一步是让p存储的永远下一次循环里e的父节点，如果下一次e匹配上了，那么p就是node的父节点
} while ((e = e.next) != null); // 如果e存在下一个节点，那么继续去匹配下一个节点。直到匹配到某个节点跳出 或者 遍历完链表所有节点
}
}
/*
* 如果node不为空，说明根据key匹配到了要删除的节点
* 如果不需要对比value值 或者 需要对比value值但是value值也相等
* 那么就可以删除该node节点了
*/
if (node != null && (!matchValue || (v = node.value) == value ||
(value != null && value.equals(v)))) {
if (node instanceof TreeNode) // 如果该节点是个TreeNode对象，说明此节点存在于红黑树结构中，调用removeTreeNode方法（该方法单独解析）移除该节点
((TreeNode<K,V>)node).removeTreeNode(this, tab, movable);
else if (node == p) // 如果该节点不是TreeNode对象，node == p 的意思是该node节点就是首节点
tab[index] = node.next; // 由于删除的是首节点，那么直接将节点数组对应位置指向到第二个节点即可
else // 如果node节点不是首节点，此时p是node的父节点，由于要删除node，所有只需要把p的下一个节点指向到node的下一个节点即可把node从链表中删除了
p.next = node.next;
++modCount; // HashMap的修改次数递增
--size; // HashMap的元素个数递减
afterNodeRemoval(node); // 调用afterNodeRemoval方法，该方法HashMap没有任何实现逻辑，目的是为了让子类根据需要自行覆写
return node;
}
}
return null;
}
- 1
- 2
- 3
- 4
- 5
- 6
- 7
- 8
- 9
- 10
- 11
- 12
- 13
- 14
- 15
- 16
- 17
- 18
- 19
- 20
- 21
- 22
- 23
- 24
- 25
- 26
- 27
- 28
- 29
- 30
- 31
- 32
- 33
- 34
- 35
- 36
- 37
- 38
- 39
- 40
- 41
- 42
- 43
- 44
- 45
- 46
- 47
- 48
- 49
- 50
- 51
- 52
- 53
- 54
- 55
- 56
- 57
- 58
- 59
- 60
- 61
- 62
- 63
- 64
- 65
- 66
- 67
- 68
- 69
- 70
- 71
- 72
- 73
7.获取get
和put与remove一样，提供一个对外的方法，实际上是调用的getNode方法
如果有值返回值，无值返回null
将key的hash值与key传给了getNode
public V get(Object key) {
Node<K,V> e;
return (e = getNode(hash(key), key)) == null ? null : e.value;
}
- 1
- 2
- 3
- 4
8.核心获取getNode
先用hash位运算得到下标first = tab[(n - 1) & hash]
判断桶的第一个元素是不是想要的(k = first.key) == key或者key != null && key.equals(k)
也就是比对key是否一致，一致则返回
否则就先判断是不是红黑树，是则用getTreeNode获取并返回
if (first instanceof TreeNode)
return ((TreeNode<K,V>)first).getTreeNode(hash, key);
- 1
- 2
不是红黑树，则循环链表并和之前一样比对key并判断
do {
if (e.hash == hash &&
((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
return e;
} while ((e = e.next) != null);
- 1
- 2
- 3
- 4
- 5
源码如下
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;
}
- 1
- 2
- 3
- 4
- 5
- 6
- 7
- 8
- 9
- 10
- 11
- 12
- 13
- 14
- 15
- 16
- 17
- 18
- 19
遍历hashmap的5种方式
1.循环遍历map自带的entrySet中的entry
map的entrySet()方法可以返回Set<Map.Entry<K, V>> entrySet();
循环遍历set可以得到Map.Entry<K,V>
而Map.Entry<K,V>中包含了entry.getKey()和entry.getValue()可以获取key和value
Map<Integer, Integer> map = new HashMap<Integer, Integer>();
map.put(1, 10);
map.put(2, 20);
Set<Map.Entry<Integer, Integer>> entries = map.entrySet();
for (Map.Entry<Integer, Integer> entry : entries) {
System.out.println("key ="+entry.getKey()+" value ="+entry.getValue());
}
- 1
- 2
- 3
- 4
- 5
- 6
- 7
- 8
2.ForEach迭代键值对方式
map.keySet()和map.values()包含了所有的key和value，直接遍历即可
Map<Integer, Integer> map = new HashMap<Integer, Integer>();
map.put(1, 10);
map.put(2, 20);
// 迭代键
for (Integer key : map.keySet()) {
System.out.println("Key = " + key);
}
// 迭代值
for (Integer value : map.values()) {
System.out.println("Value = " + value);
}
- 1
- 2
- 3
- 4
- 5
- 6
- 7
- 8
- 9
- 10
- 11
- 12
- 13
3.带泛型的map的entrySet的迭代器进行遍历
map.entrySet()返回的set可以使用iterator()方法得到迭代器
entries.next()得到entry，和第一个方法一样getKey和getValue就行
Map<Integer, Integer> map = new HashMap<Integer, Integer>();
map.put(1, 10);
map.put(2, 20);
Iterator<Map.Entry<Integer, Integer>> entries = map.entrySet().iterator();
while (entries.hasNext()) {
Map.Entry<Integer, Integer> entry = entries.next();
System.out.println("Key = " + entry.getKey() + ", Value = " + entry.getValue());
}
- 1
- 2
- 3
- 4
- 5
- 6
- 7
- 8
- 9
4.不带泛型的map的entrySet的迭代器进行遍历
和第3种方法差不多，区别只有不带泛型，取值需要强转
Map map = new HashMap();
map.put(1, 10);
map.put(2, 20);
Iterator<Map.Entry> entries = map.entrySet().iterator();
while (entries.hasNext()) {
Map.Entry entry = (Map.Entry) entries.next();
Integer key = (Integer) entry.getKey();
Integer value = (Integer) entry.getValue();
System.out.println("Key = " + key + ", Value = " + value);
}
- 1
- 2
- 3
- 4
- 5
- 6
- 7
- 8
- 9
- 10
- 11
5.通过Java8 Lambda表达式遍历
Map<Integer, Integer> map = new HashMap<Integer, Integer>();
map.put(1, 10);
map.put(2, 20);
map.forEach((k, v) -> System.out.println("key: " + k + " value:" + v));
- 1
- 2
- 3
- 4