8000 Update HashMap(JDK1.8)源码+底层数据结构分析.md · shuwenli/JavaGuide@39388a4 · GitHub
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Update HashMap(JDK1.8)源码+底层数据结构分析.md
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docs/java/collection/HashMap(JDK1.8)源码+底层数据结构分析.md

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1-
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1+
2+
<!-- @import "[TOC]" {cmd="toc" depthFrom=1 depthTo=6 orderedList=false} -->
3+
4+
<!-- code_chunk_output -->
25

36
- [HashMap 简介](#hashmap-简介)
47
- [底层数据结构分析](#底层数据结构分析)
5-
- [JDK1.8之前](#jdk18之前)
6-
- [JDK1.8之后](#jdk18之后)
7-
- [HashMap源码分析](#hashmap源码分析)
8+
- [JDK1.8 之前](#jdk18-之前)
9+
- [JDK1.8 之后](#jdk18-之后)
10+
- [HashMap 源码分析](#hashmap-源码分析)
811
- [构造方法](#构造方法)
9-
- [put方法](#put方法)
10-
- [get方法](#get方法)
11-
- [resize方法](#resize方法)
12-
- [HashMap常用方法测试](#hashmap常用方法测试)
12+
- [put 方法](#put-方法)
13+
- [get 方法](#get-方法)
14+
- [resize 方法](#resize-方法)
15+
- [HashMap 常用方法测试](#hashmap-常用方法测试)
16+
17+
<!-- /code_chunk_output -->
1318

14-
<!-- /MarkdownTOC -->
1519

1620
> 感谢 [changfubai](https://github.com/changfubai) 对本文的改进做出的贡献!
1721
1822
## HashMap 简介
19-
HashMap 主要用来存放键值对,它基于哈希表的Map接口实现,是常用的Java集合之一。
23+
24+
HashMap 主要用来存放键值对,它基于哈希表的 Map 接口实现,是常用的 Java 集合之一。
2025

2126
JDK1.8 之前 HashMap 由 数组+链表 组成的,数组是 HashMap 的主体,链表则是主要为了解决哈希冲突而存在的(“拉链法”解决冲突)。
D7AE 2227

2328
JDK1.8 之后 HashMap 的组成多了红黑树,在满足下面两个条件之后,会执行链表转红黑树操作,以此来加快搜索速度。
2429

2530
- 链表长度大于阈值(默认为 8)
26-
- HashMap数组长度超过64å
31+
- HashMap 数组长度超过 64
2732

2833
## 底层数据结构分析
29-
### JDK1.8之前
34+
35+
### JDK1.8 之前
36+
3037
JDK1.8 之前 HashMap 底层是 **数组和链表** 结合在一起使用也就是 **链表散列**
3138

32-
HashMap 通过 key 的 hashCode 经过扰动函数处理过后得到 hash 值,然后通过 `(n - 1) & hash` 判断当前元素存放的位置(这里的 n 指的是数组的长度),如果当前位置存在元素的话,就判断该元素与要存入的元素的 hash 值以及 key 是否相同,如果相同的话,直接覆盖,不相同就通过拉链法解决冲突。
39+
HashMap 通过 key 的 hashCode 经过扰动函数处理过后得到 hash 值,然后通过 `(n - 1) & hash` 判断当前元素存放的位置(这里的 n 指的是数组的长度),如果当前位置存在元素的话,就判断该元素与要存入的元素的 hash 值以及 key 是否相同,如果相同的话,直接覆盖,不相同就通过拉链法解决冲突。
3340

3441
所谓扰动函数指的就是 HashMap 的 hash 方法。使用 hash 方法也就是扰动函数是为了防止一些实现比较差的 hashCode() 方法 换句话说使用扰动函数之后可以减少碰撞。
3542

3643
**JDK 1.8 HashMap 的 hash 方法源码:**
3744

38-
JDK 1.8 的 hash方法 相比于 JDK 1.7 hash 方法更加简化,但是原理不变。
45+
JDK 1.8 的 hash 方法 相比于 JDK 1.7 hash 方法更加简化,但是原理不变。
3946

40-
```java
41-
static final int hash(Object key) {
42-
int h;
43-
// key.hashCode():返回散列值也就是hashcode
44-
// ^ :按位异或
45-
// >>>:无符号右移,忽略符号位,空位都以0补齐
46-
return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
47-
}
48-
```
49-
对比一下 JDK1.7的 HashMap 的 hash 方法源码.
47+
```java
48+
static final int hash(Object key) {
49+
int h;
50+
// key.hashCode():返回散列值也就是hashcode
51+
// ^ :按位异或
52+
// >>>:无符号右移,忽略符号位,空位都以0补齐
53+
return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
54+
}
55+
```
56+
57+
对比一下 JDK1.7 的 HashMap 的 hash 方法源码.
5058

5159
```java
5260
static int hash(int h) {
@@ -65,57 +73,60 @@ static int hash(int h) {
6573

6674
![jdk1.8之前的内部结构](https://my-blog-to-use.oss-cn-beijing.aliyuncs.com/2019-7/jdk1.8之前的内部结构.png)
6775

68-
### JDK1.8之后
76+
### JDK1.8 之后
77+
6978
相比于之前的版本,JDK1.8 以后在解决哈希冲突时有了较大的变化。
7079

71-
当链表长度大于阈值(默认为 8)时,会首先调用 `treeifyBin()`方法,这个方法会根据 HashMap 数组来决定是否转换为红黑树。只有当数组长度大于或者等于 64 的情况下,才会执行转换红黑树操作,以减少搜索时间。否则,就是只是执行 `resize()` 方法对数组扩容。相关源码这里就不贴了,重点关注 `treeifyBin()`方法即可!
80+
当链表长度大于阈值(默认为 8)时,会首先调用 `treeifyBin()`方法,这个方法会根据 HashMap 数组来决定是否转换为红黑树。只有当数组长度大于或者等于 64 的情况下,才会执行转换红黑树操作,以减少搜索时间。否则,就是只是执行 `resize()` 方法对数组扩容。相关源码这里就不贴了,重点关注 `treeifyBin()`方法即可!
7281

7382
![](https://oscimg.oschina.net/oscnet/up-bba283228693dae74e78da1ef7a9a04c684.png)
7483

7584
**类的属性:**
85+
7686
```java
7787
public class HashMap<K,V> extends AbstractMap<K,V> implements Map<K,V>, Cloneable, Serializable {
7888
// 序列号
79-
private static final long serialVersionUID = 362498820763181265L;
89+
private static final long serialVersionUID = 362498820763181265L;
8090
// 默认的初始容量是16
81-
static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4;
91+
static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4;
8292
// 最大容量
83-
static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;
93+
static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;
8494
// 默认的填充因子
8595
static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;
8696
// 当桶(bucket)上的结点数大于这个值时会转成红黑树
87-
static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8;
97+
static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8;
8898
// 当桶(bucket)上的结点数小于这个值时树转链表
8999
static final int UNTREEIFY_THRESHOLD = 6;
90100
// 桶中结构转化为红黑树对应的table的最小大小
91101
static final int MIN_TREEIFY_CAPACITY = 64;
92102
// 存储元素的数组,总是2的幂次倍
93-
transient Node<k,v>[] table;
103+
transient Node<k,v>[] table;
94104
// 存放具体元素的集
95105
transient Set<map.entry<k,v>> entrySet;
96106
// 存放元素的个数,注意这个不等于数组的长度。
97107
transient int size;
98108
// 每次扩容和更改map结构的计数器
99-
transient int modCount;
109+
transient int modCount;
100110
// 临界值 当实际大小(容量*填充因子)超过临界值时,会进行扩容
101111
int threshold;
102112
// 加载因子
103113
final float loadFactor;
104114
}
105115
```
106-
- **loadFactor加载因子**
107116

108-
loadFactor加载因子是控制数组存放数据的疏密程度,loadFactor越趋近于1,那么 数组中存放的数据(entry)也就越多,也就越密,也就是会让链表的长度增加,loadFactor越小,也就是趋近于0,数组中存放的数据(entry)也就越少,也就越稀疏。
117+
- **loadFactor 加载因子**
118+
119+
loadFactor 加载因子是控制数组存放数据的疏密程度,loadFactor 越趋近于 1,那么 数组中存放的数据(entry)也就越多,也就越密,也就是会让链表的长度增加,loadFactor 越小,也就是趋近于 0,数组中存放的数据(entry)也就越少,也就越稀疏。
120+
121+
**loadFactor 太大导致查找元素效率低,太小导致数组的利用率低,存放的数据会很分散。loadFactor 的默认值为 0.75f 是官方给出的一个比较好的临界值**
109122

110-
**loadFactor太大导致查找元素效率低,太小导致数组的利用率低,存放的数据会很分散。loadFactor的默认值为0.75f是官方给出的一个比较好的临界值**
111-
112-
给定的默认容量为 16,负载因子为 0.75。Map 在使用过程中不断的往里面存放数据,当数量达到了 16 * 0.75 = 12 就需要将当前 16 的容量进行扩容,而扩容这个过程涉及到 rehash、复制数据等操作,所以非常消耗性能。
123+
给定的默认容量为 16,负载因子为 0.75。Map 在使用过程中不断的往里面存放数据,当数量达到了 16 \* 0.75 = 12 就需要将当前 16 的容量进行扩容,而扩容这个过程涉及到 rehash、复制数据等操作,所以非常消耗性能。
113124

114125
- **threshold**
115126

116-
**threshold = capacity * loadFactor****当Size>=threshold**的时候,那么就要考虑对数组的扩增了,也就是说,这个的意思就是 **衡量数组是否需要扩增的一个标准**
127+
**threshold = capacity \* loadFactor****当 Size>=threshold**的时候,那么就要考虑对数组的扩增了,也就是说,这个的意思就是 **衡量数组是否需要扩增的一个标准**
117128

118-
**Node节点类源码:**
129+
**Node 节点类源码:**
119130

120131
```java
121132
// 继承自 Map.Entry<K,V>
@@ -158,7 +169,9 @@ static class Node<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
158169
}
159170
}
160171
```
172+
161173
**树节点类源码:**
174+
162175
```java
163176
static final class TreeNode<K,V> extends LinkedHashMap.Entry<K,V> {
164177
TreeNode<K,V> parent; //
@@ -177,7 +190,9 @@ static final class TreeNode<K,V> extends LinkedHashMap.Entry<K,V> {
177190
r = p;
178191
}
179192
```
180-
## HashMap源码分析
193+
194+
## HashMap 源码分析
195+
181196
### 构造方法
182197

183198
HashMap 中有四个构造方法,它们分别如下:
@@ -187,18 +202,18 @@ HashMap 中有四个构造方法,它们分别如下:
187202
public HashMap() {
188203
this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR; // all other fields defaulted
189204
}
190-
205+
191206
// 包含另一个“Map”的构造函数
192207
public HashMap(Map<? extends K, ? extends V> m) {
193208
this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR;
194209
putMapEntries(m, false);//下面会分析到这个方法
195210
}
196-
211+
197212
// 指定“容量大小”的构造函数
198213
public HashMap(int initialCapacity) {
199214
this(initialCapacity, DEFAULT_LOAD_FACTOR);
200215
}
201-
216+
202217
// 指定“容量大小”和“加载因子”的构造函数
203218
public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {
204219
if (initialCapacity < 0)
@@ -212,7 +227,7 @@ HashMap 中有四个构造方法,它们分别如下:
212227
}
213228
```
214229

215-
**putMapEntries方法**
230+
**putMapEntries 方法**
216231

217232
```java
218233
final void putMapEntries(Map<? extends K, ? extends V> m, boolean evict) {
@@ -240,17 +255,22 @@ final void putMapEntries(Map<? extends K, ? extends V> m, boolean evict) {
240255
}
241256
}
242257
```
243-
### put方法
244-
HashMap只提供了put用于添加元素,putVal方法只是给put方法调用的一个方法,并没有提供给用户使用。
245258

246-
**对putVal方法添加元素的分析如下:**
259+
### put 方法
260+
261+
HashMap 只提供了 put 用于添加元素,putVal 方法只是给 put 方法调用的一个方法,并没有提供给用户使用。
262+
263+
**对 putVal 方法添加元素的分析如下:**
247264

248265
1. 如果定位到的数组位置没有元素 就直接插入。
249-
2. 如果定位到的数组位置有元素就和要插入的key比较,如果key相同就直接覆盖,如果key不相同,就判断p是否是一个树节点,如果是就调用`e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value)`将元素添加进入。如果不是就遍历链表插入(插入的是链表尾部)。
266+
2. 如果定位到的数组位置有元素就和要插入的 key 比较,如果 key 相同就直接覆盖,如果 key 不相同,就判断 p 是否是一个树节点,如果是就调用`e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value)`将元素添加进入。如果不是就遍历链表插入(插入的是链表尾部)。
250267

251-
ps:下图有一个小问题,来自 [issue#608](https://github.com/Snailclimb/JavaGuide/issues/608)指出:直接覆盖之后应该就会 return,不会有后续操作。参考 JDK8 HashMap.java 658 行。
268+
说明:下图有两个小问题:
252269

253-
![put方法](https://my-blog-to-use.oss-cn-beijing.aliyuncs.com/2019-7/put方法.png)
270+
- [issue#608](https://github.com/Snailclimb/JavaGuide/issues/608)指出:直接覆盖之后应该就会 return,不会有后续操作。参考 JDK8 HashMap.java 658 行。
271+
- 当链表长度大于阈值(默认为 8)并且 HashMap 数组长度超过 64 的时候才会执行链表转红黑树的操作,否则就只是对数组扩容。参考 HashMap 的 `treeifyBin()` 方法
272+
273+
![ ](https://my-blog-to-use.oss-cn-beijing.aliyuncs.com/2019-7/put方法.png)
254274

255275
```java
256276
public V put(K key, V value) {
@@ -302,7 +322,7 @@ final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,
302322
}
303323
}
304324
// 表示在桶中找到key值、hash值与插入元素相等的结点
305-
if (e != null) {
325+
if (e != null) {
306326
// 记录e的value
307327
V oldValue = e.value;
308328
// onlyIfAbsent为false或者旧值为null
@@ -323,21 +343,21 @@ final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,
323343
// 插入后回调
324344
afterNodeInsertion(evict);
325345
return null;
326-
}
346+
}
327347
```
328348

329-
**我们再来对比一下 JDK1.7 put方法的代码**
349+
**我们再来对比一下 JDK1.7 put 方法的代码**
330350

331-
**对于put方法的分析如下**
351+
**对于 put 方法的分析如下**
332352

333-
- ①如果定位到的数组位置没有元素 就直接插入。
334-
- ②如果定位到的数组位置有元素,遍历以这个元素为头结点的链表,依次和插入的key比较,如果key相同就直接覆盖,不同就采用头插法插入元素。
353+
- 如果定位到的数组位置没有元素 就直接插入。
354+
- 如果定位到的数组位置有元素,遍历以这个元素为头结点的链表,依次和插入的 key 比较,如果 key 相同就直接覆盖,不同就采用头插法插入元素。
335355

336356
```java
337357
public V put(K key, V value)
338-
if (table == EMPTY_TABLE) {
339-
inflateTable(threshold);
340-
}
358+
if (table == EMPTY_TABLE) {
359+
inflateTable(threshold);
360+
}
341361
if (key == null)
342362
return putForNullKey(value);
343363
int hash = hash(key);
@@ -348,7 +368,7 @@ public V put(K key, V value)
348368
V oldValue = e.value;
349369
e.value = value;
350370
e.recordAccess(this);
351-
return oldValue;
371+
return oldValue;
352372
}
353373
}
354374

@@ -358,7 +378,8 @@ public V put(K key, V value)
358378
}
359379
```
360380

361-
### get方法
381+
### get 方法
382+
362383
```java
363384
public V get(Object key) {
364385
Node<K,V> e;
@@ -389,8 +410,11 @@ final Node<K,V> getNode(int hash, Object key) {
389410
return null;
390411
}
391412
```
392-
### resize方法
393-
进行扩容,会伴随着一次重新hash分配,并且会遍历hash表中所有的元素,是非常耗时的。在编写程序中,要尽量避免resize。
413+
414+
### resize 方法
415+
416+
进行扩容,会伴随着一次重新 hash 分配,并且会遍历 hash 表中所有的元素,是非常耗时的。在编写程序中,要尽量避免 resize。
417+
394418
```java
395419
final Node<K,V>[] resize() {
396420
Node<K,V>[] oldTab = table;
@@ -409,7 +433,7 @@ final Node<K,V>[] resize() {
409433
}
410434
else if (oldThr > 0) // initial capacity was placed in threshold
411435
newCap = oldThr;
412-
else {
436+
else {
413437
// signifies using defaults
414438
newCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY;
415439
newThr = (int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY);
@@ -433,7 +457,7 @@ final Node<K,V>[] resize() {
433457
newTab[e.hash & (newCap - 1)] = e;
434458
else if (e instanceof TreeNode)
435459
((TreeNode<K,V>)e).split(this, newTab, j, oldCap);
436-
else {
460+
else {
437461
Node<K,V> loHead = null, loTail = null;
438462
Node<K,V> hiHead = null, hiTail = null;
439463
Node<K,V> next;
@@ -473,7 +497,9 @@ final Node<K,V>[] resize() {
473497
return newTab;
474498
}
475499
```
476-
## HashMap常用方法测试
500+
501+
## HashMap 常用方法测试
502+
477503
```java
478504
package map;
479505

@@ -530,7 +556,7 @@ public class HashMapDemo {
530556
for (java.util.Map.Entry<String, String> entry : entrys) {
531557
System.out.println(entry.getKey() + "--" + entry.getValue());
532558
}
533-
559+
534560
/**
535561
* HashMap其他常用方法
536562
*/
@@ -547,4 +573,4 @@ public class HashMapDemo {
547573

548574
}
549575

550-
```
576+
```

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