Java集合 - HashMap - JDK1.8

HashMap

HashMap是以鍵值對進行存儲的集合,其中鍵值是唯一的,HashMap是無序的。

改變

1.7版本的HashMap使用的數組+鏈表的存儲方式。

1.8版本的HashMap使用的數組+鏈表或者數組+紅黑樹的存儲方式,當鏈表長度大于某值時,鏈表就會轉化為紅黑樹。當紅黑樹節點數小于某值時會轉化為鏈表。雖然存入操作變得復雜,但是提高了查詢的效率。

源碼分析

首先看一下重要的屬性。

//數組的最小容量2的4次方   16
static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4;

//數組的最大容量2的30次方
static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;

//默認加載因子
static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;

//當鏈表長度大于該值,鏈表轉化為紅黑樹。  
static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8;

//當紅黑樹節點小于該值,紅黑樹轉化為鏈表。
static final int UNTREEIFY_THRESHOLD = 6;

//擴容的閥值,當(加載因子 * 元素個數)大于閥值就會進行resize操作進行擴容。
int threshold;

//加載因子
final float loadFactor;

構造方法

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);
    }

//找到容量的最近二次冪的值
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;
    }

這里有一個問題延伸,為什么數組長度一定是2的倍數?
一共有兩點原因:
(1)在數組長度h是2的冪次時候h & (length - 1) 與 h % length的結果是相同的,但不是等效的,位運算要快的多。這樣可以提升效率。
(2)在數組長度h是2的冪次時候,散列的更加均勻。

put方法

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;
/**
* p = tab[i = (n - 1) & hash]這里就是散列操作,也就是用上數組長度為2次冪的精髓所在,相當于對數組長度取余。
* 獲取這個位置的元素。
* 同時會知道這里的位置是鏈表還是紅黑樹,后面插入會用上。
**/
        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))))  //如果key值相同那么下面不執行,后面會用新的value覆蓋點舊的value
                e = p;
            else if (p instanceof TreeNode)      //判斷節點是什么類型,如果是樹節點,就插入到紅黑樹中,不然就是鏈表中。
                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;
    }

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 {              
            //初始化table數組,就是一開始什么都沒有的時候,初始化為默認長度16
            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;
    }

get方法

public V get(Object key) {
        Node<K,V> e;
        return (e = getNode(hash(key), key)) == null ? null : e.value;
    }

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)      //判斷是鏈表結構還是紅黑樹結構
                    return ((TreeNode<K,V>)first).getTreeNode(hash, key);  //紅黑樹查找
                do {      //鏈表查找
                    if (e.hash == hash &&
                        ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                        return e;
                } while ((e = e.next) != null);
            }
        }
        return null;
    }
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