java容器源码分析--HashMap(JDK1.8)

本篇结构:

  • 前言
  • HashMap的数据结构
  • 常用方法及遍历选择
  • HashMap中的重要参数
  • 源码分析
  • 疑问解答

一、前言

HashMap在日常软件开发中用得很多,它很方便,使用也简单,这样一个经常陪在我们身边的容器对象,当然应该好好研究一下啦,毕竟了解了本质,才能更好的相处。这和日常处朋友是一样的。

二、HashMap的数据结构

2.1、基本数据结构

数据结构的知识是薄弱环节,这里就只简单介绍下HashMap的结构。

在JDK1.8之前,HashMap的实现是基于数组+链表的形式,当往一个HashMap中放数据时,根据key计算得到hashCode,经过进一步处理得到数组(Hash表)的下标,然后存放数据。

如果存在两个key,计算出相同的数组下标,即出现hash冲突,这时就通过一个链表来维持这个关系,后put的值放在链表的尾部。

大致是这样的结构:

《java容器源码分析--HashMap(JDK1.8)》

为解决哈希碰撞后出现链表过程导致索引效率变慢的问题,JDK1.8之后引入了红黑树(链表的时间复杂度是O(n),红黑树为O(logn)),当链表长度大于8后,链表转为红黑树

《java容器源码分析--HashMap(JDK1.8)》

ps:漫画算法:什么是红黑树?

2.2、HashMap数组元素和链表的节点

HashMap中存的是Key-Valve键值对。

1.数组元素和链表节点是采用Node类实现

Node类是HashMap中的一个静态内部类,实现了Map.Entry接口(在JDK1.8之前,是采用Entry类实现)。

可以看看Node类的源码:

static class Node<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
    final int hash; // 哈希值,HashMap根据该值确定记录的位置
    final K key; // key
    V value; // value
    Node<K,V> next; // 链表下一个节点

    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;
    }

    // 判断2个Node是否相等的依据是Key和Value都相等
    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;
    }
}

2.红黑树节点是采用TreeNode类实现

TreeNode也是HashMap的静态内部类,继承LinkedHashMap.Entry,简单列下TreeNode中的属性:

static final class TreeNode<K,V> extends LinkedHashMap.Entry<K,V> {
    TreeNode<K,V> parent;  // 父节点
    TreeNode<K,V> left; // 左子树
    TreeNode<K,V> right; // 右子树
    TreeNode<K,V> prev;    // needed to unlink next upon deletion
    boolean red; //颜色
    TreeNode(int hash, K key, V val, Node<K,V> next) {
        super(hash, key, val, next);
    }

    /**
     * Returns root of tree containing this node.
     */
    final TreeNode<K,V> root() {
        for (TreeNode<K,V> r = this, p;;) {
            if ((p = r.parent) == null)
                return r;
            r = p;
        }
    }
    ...
}

三、常用方法及遍历选择

V get(Object key); // 获得指定键的值
V put(K key, V value); // 添加键值对
void putAll(Map<? extends K, ? extends V> m); // 将指定Map中的键值对 复制到此Map中
V remove(Object key); // 删除该键值对
boolean containsKey(Object key); // 判断是否存在该键的键值对;是 则返回true boolean
containsValue(Object value); // 判断是否存在该值的键值对;是 则返回true
Set keySet(); // 单独抽取key序列,将所有key生成一个Set
Collection values(); // 单独value序列,将所有value生成一个Collection
void clear(); // 清除哈希表中的所有键值对
int size(); // 返回哈希表中所有键值对的数量 = 数组中的键值对 + 链表中的键值对
boolean isEmpty(); // 判断HashMap是否为空;size == 0时 表示为空

public class HashMapTest {
    public static void main(String[] args) {
        // 1. new
        Map<String, Integer> map = new HashMap<String, Integer>();

        // 2. put
        map.put("Android", 1);
        map.put("Java", 2);
        map.put("iOS", 3);

        // 3. get
        System.out.println("key = Java:" + map.get("Java"));

        // 4. 遍历HashMap ------------ start
        // 核心思想:
        // 步骤1:获得key-value对(Entry) 或 key 或 value的Set集合
        // 步骤2:遍历上述Set集合(使用for循环 、 迭代器(Iterator)均可)
        // 方法共有3种:分别针对 key-value对(Entry) 或 key 或 value

        // 4.1:获得key-value的Set集合,再遍历
        iterate1(map);

        // 4.2:获得key的Set集合,再遍历
        iterator2(map);

        // 方法3:获得value的Set集合,再遍历
        iterator3(map);
        // 4. 遍历HashMap ------------ end
    }

    /**
     *  获得key-value的Set集合,再遍历
     *  @param map
     */
    static void iterate1(Map<String, Integer> map){
        System.out.println("method 1: iterate Set<Entry<K, V>> start..........");

        // 1.获得key-value对(Entry)的Set集合
        Set<Map.Entry<String, Integer>> entrySet = map.entrySet();
        // 2.遍历Set集合,从而获取key-value
        // 3.for循环
        for(Map.Entry<String, Integer> entry : entrySet){
            System.out.print(entry.getKey());
            System.out.println(entry.getValue());
        }

        System.out.println("method 1: iterate Set<Entry<K, V>> end..........");
    }

    /**
     * 获得key的Set集合,再遍历
     * @param map
     */
    static void iterator2(Map<String, Integer> map){
        System.out.println("method 2: iterate Set<Key> start..........");

        // 1.获得key的Set集合
        Set<String> keySet = map.keySet();
        // 2.遍历Set集合,从而获取key,再获取value
        // 3.for循环
        for(String key : keySet){
            System.out.print(key);
            System.out.println(map.get(key));
        }

        System.out.println("method 2: iterate Set<Key> end..........");
    }

    /**
     *  获得value的Set集合,再遍历
     * @param map
     */
    static void iterator3(Map<String, Integer> map){
        System.out.println("method 3: iterate Set<Value> start..........");

        // 1. 获得value的Set集合
        Collection valueSet = map.values();

        // 2. 遍历Set集合,从而获取value
        // 2.1 获得values 的Iterator
        Iterator iter = valueSet.iterator();
        // 2.2 通过遍历,直接获取value
        while (iter.hasNext()) {
            System.out.println(iter.next());
        }

        System.out.println("method 3: iterate Set<Value> end..........");
    }
}

对于遍历方式,具体的情况有不同的选择:

  1. 如果只是遍历key,使用keySet是最好的选择,遍历Map.Entry效率相差不大;
  2. 如果只遍历Value,遍历Map.Entry和valueSet都可,而通过keySet的方式效率会稍差,因为要通过get(key)的方式获取value(get的时间复杂度取决于for循环的次数),会多出一部分消耗;
  3. 如果既要Key,又要Value,遍历Map.Entry。

四、HashMap中的重要参数

// 默认容量16(1<<4 = 00001中的1向左移4位 = 10000 = 十进制的2^4=16)
static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; 

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

// 实际加载因子
final float loadFactor; 

// 默认加载因子 = 0.75
static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f; 

// 空的存储实体  
transient Entry<K,V>[] table = (Entry<K,V>[]) EMPTY_TABLE;  

// 扩容阈值(threshold):当哈希表的大小 ≥ 扩容阈值时,就会扩容哈希表(即扩充HashMap的容量) 
// a. 扩容 = 对哈希表进行resize操作(即重建内部数据结构),从而哈希表将具有大约两倍的桶数
// b. 扩容阈值 = 容量 x 加载因子
int threshold;

// 存储数据的Node类型数组,长度 = 2的幂;数组的每个元素 = 1个单链表 
transient Node<K,V>[] table;  

// HashMap中存储的键值对的数量
transient int size;

//用于快速失败,由于HashMap非线程安全,在对HashMap进行迭代时,如果期间其他线程的参与导致HashMap的结构发生变化了(比如put,remove等操作),需要抛出异常ConcurrentModificationException
transient int modCount;

/** 
* 与红黑树相关的参数
*/
// 1. 桶的树化阈值:即 链表转成红黑树的阈值,在存储数据时,当链表长度 > 该值时,则将链表转换成红黑树
static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8; 

// 2. 桶的链表还原阈值:即 红黑树转为链表的阈值,当在扩容(resize())时(此时HashMap的数据存储位置会重新计算),在重新计算存储位置后,当原有的红黑树内数量 < 6时,则将 红黑树转换成链表
static final int UNTREEIFY_THRESHOLD = 6;

// 3. 最小树形化容量阈值:即 当哈希表中的容量 > 该值时,才允许树形化链表 (即 将链表 转换成红黑树)
// 否则,若桶内元素太多时,则直接扩容,而不是树形化
// 为了避免进行扩容、树形化选择的冲突,这个值不能小于 4 * TREEIFY_THRESHOLD
static final int MIN_TREEIFY_CAPACITY = 64;

五、源码分析

5.1、构造方法

在常规构造器中,并没有马上为数组table分配内存空间(有一个入参为指定Map的构造器例外),事实上是在执行第一次put操作的时候才真正构建table数组。

先看看如何实例化一个HashMap:

public class HashMapConstructor {
    public static void main(String[] args) {
        Map<String, String> map = constructorMap1();
    }

    static <K, V> Map<K, V> constructorMap1(){
        return new HashMap<>();
    }

    static <K, V> Map<K, V> constructorMap2(int capacity){
        // 实际上是调用指定“容量大小”和“加载因子”的构造函数
        return new HashMap<>(capacity);
    }

    static <K, V> Map<K, V> constructorMap3(int capacity, float loadFactor){
        return new HashMap<>(capacity, loadFactor);
    }

    static <K, V> Map<K, V> constructorMap4(Map<K, V> map){
        return new HashMap<>(map);
    }
}

再来看具体的源码:

/**
 *  构造函数1:默认构造函数(无参)
 *  加载因子 & 容量(默认) = 0.75、16
 */
public HashMap() {
    this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR; 
}

/**
 *  构造函数2:指定“容量大小”的构造函数
 *  加载因子(默认)= 0.75 、容量 = 指定大小
 *  注:此处不是真正的阈值,仅仅只是将传入的容量大小转化为:>传入容量大小的最小的2的幂,该阈值后面会重新计算
 */
public HashMap(int initialCapacity) {
    // 实际上是调用指定“容量大小”和“加载因子”的构造函数
    // 只是在传入的加载因子参数 = 默认加载因子
    this(initialCapacity, DEFAULT_LOAD_FACTOR);
}

/**
 *  构造函数3:指定“容量大小”和“加载因子”的构造函数
 *  注:此处不是真正的阈值,仅仅只是将传入的容量大小转化为:>传入容量大 小的最小的2的幂,该阈值后面会重新计算
 */
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);
}

/**
 * 将传入的容量大小转化为:>大于传入容量大小的最小的2的幂
 */
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;
}

/**
 *  构造函数4:包含“子Map”的构造函数
 *  即 构造出来的HashMap包含传入Map的映射关系
 *  加载因子 & 容量(默认) = 0.75、16
 */
public HashMap(Map<? extends K, ? extends V> m) {
    this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR;
    // 将传入的子Map中的全部元素逐个添加到HashMap中
    putMapEntries(m, false);
}

final void putMapEntries(Map<? extends K, ? extends V> m, boolean evict) {
    int s = m.size();
    if (s > 0) {
        // 判断table是否已经初始化
        if (table == null) { // pre-size
            // 未初始化,s为m的实际元素个数
            float ft = ((float)s / loadFactor) + 1.0F;
            int t = ((ft < (float)MAXIMUM_CAPACITY) ?
                     (int)ft : MAXIMUM_CAPACITY);
            // 计算得到的t大于阈值,则初始化阈值
            if (t > threshold)
                threshold = tableSizeFor(t);
        }
        // 已初始化,并且m元素个数大于阈值,进行扩容处理
        else if (s > threshold)
            resize();
        // 将m中的所有元素添加至HashMap中
        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);
        }
    }
}

5.2、put

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;
    // 1.table未初始化或者长度为0,进行扩容
    // 这里可以发现初始化哈希表的时机 = 第1次调用put函数时,即调用resize() 初始化创建
    if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
        n = (tab = resize()).length;
    // 2.计算插入存储的数组索引i:(n - 1) & hash 
    // 3.取出数组中该索引处的元素(也是链表中的第一个Node元素),若为空,则直接在该数组位置新建节点,插入完毕
    if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
        tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
    // 4.若不为空,即该索引处已经有节点元素存在,需判断是否有hash冲突
    else {
        Node<K,V> e; K k;
        // a.如果桶中第一个元素(即链表中的第一个节点,也即数组中的节点)和新加入的元素的hash值相等,key相等,会直接用新值替换旧值
        if (p.hash == hash &&
            ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
            // 将第一个元素赋值给e
            e = p;
        // b.若新插入的元素与桶中第一个元素hash值不相等,即key不相等,需判断是链表还是红黑树
        // 若为红黑树,调用相应方法加入
        else if (p instanceof TreeNode)
            // 放入树中
            e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
        // 若是为链表
        else {
            // 遍历链表
            for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
                // (e = p.next) == null表示到达链表的尾部,如果成立,说明链表中没有节点的Key值和新加入的元素的Key值相同
                if ((e = p.next) == null) {
                    // 在链表最末插入结点
                    p.next = newNode(hash, key, value, null);
                    // 结点数量达到阈值,转化为红黑树
                    if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st
                        treeifyBin(tab, hash);
                    // 跳出循环    
                    break;
                }
                // 判断链表中结点的key值与插入的元素的key值是否相等
                if (e.hash == hash &&
                    ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                    // 相等,跳出循环
                    break;
                // 用于遍历桶中的链表,与前面的e = p.next组合,可以遍历链表
                p = e;
            }
        }
        // 表示在桶中找到key值、hash值与插入元素相等的结点
        if (e != null) { // existing mapping for key
            V oldValue = e.value;
            if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
                //用新值替换旧值
                e.value = value;
            // 访问后回调,默认实现为空   
            afterNodeAccess(e);
            // 返回旧值
            return oldValue;
        }
    }
    // 结构性修改,用于多线程时抛出异常
    ++modCount;
    if (++size > threshold)
        resize();
    afterNodeInsertion(evict); // 默认实现为空
    return null;
}

put方法大致过程:

1.如果是第一次调用put,会先调用resize方法初始化table数组,默认容量16;
2.计算插入存储的数组索引i,判断该索引下数组是否有Node节点,若没有,直接插入;
3.若存在,需判断是否有hash冲突:
a.若新插入的Key和数组中该索引下的Node元素Key(链表中的第一个Node元素)相同(hash相同,Key也相同),则直接替换;
b.若新插入的Key与链表中的第一个Node元素Key不相同,就接着遍历,分链表和红黑树两种形式,都是存在就替换,不存在就加入;
4.插入成功后,判断实际存在的键值对数量size > 最大容量threshold,进而决定是否需要扩容。

5.3、get

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;
    // table已经初始化,长度大于0,并且根据hash寻找table中的项(也即链表中的首节点)也不为空
    if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 &&
        (first = tab[(n - 1) & hash]) != null) {
        // 桶中第一项(数组元素)相等,直接返回
        if (first.hash == hash && // always check first node
            ((k = first.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
            return first;
        // 否则遍历桶中的节点
        if ((e = first.next) != null) {
            // 为红黑树节点,在红黑树中查找
            if (first instanceof TreeNode)
                return ((TreeNode<K,V>)first).getTreeNode(hash, key);
            // 否则,在链表中查找
            do {
                if (e.hash == hash &&
                    ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                    return e;
            } while ((e = e.next) != null);
        }
    }
    return null;
}

5.4、resize

final Node<K,V>[] resize() {
    // 保存之前table为old table
    Node<K,V>[] oldTab = table;
    // 保存之前table大小
    int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length;
    // 保存之前table阈值 
    int oldThr = threshold;
    int newCap, newThr = 0;
    // 之前table大小大于0
    if (oldCap > 0) {
        // 之前table大于最大容量
        if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) {
            // 阈值为最大整形,直接返回
            threshold = Integer.MAX_VALUE;
            return oldTab;
        }
        // 容量翻倍(使用左移,效率更高)后,小于最大容量
        else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY &&
                 oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)
            // 阈值翻倍,使用左移,效率更高
            newThr = oldThr << 1; // double threshold
    }
    // 之前阈值大于0
    else if (oldThr > 0) // initial capacity was placed in threshold
        newCap = oldThr;
    // 之前容量oldCap = 0并且之前阈值oldThr = 0,使用缺省值(如使用HashMap()构造函数,之后再插入一个元素会调用resize函数,会进入这一步)
    else {               // zero initial threshold signifies using defaults
        newCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY;
        newThr = (int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY);
    }
    // 新阈值为0
    if (newThr == 0) {
        float ft = (float)newCap * loadFactor;
        newThr = (newCap < MAXIMUM_CAPACITY && ft < (float)MAXIMUM_CAPACITY ?
                  (int)ft : Integer.MAX_VALUE);
    }
    // 更新阈值
    threshold = newThr;
    @SuppressWarnings({"rawtypes","unchecked"})
    // 新初始化一个newCap容量大小的table
    Node<K,V>[] newTab = (Node<K,V>[])new Node[newCap];
    // 更新table数组
    table = newTab;
    // 之前的table已经初始化过
    if (oldTab != null) {
        // 复制元素,重新进行hash
        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;
}

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。

六、疑问解答

6.1、HashMap的长度为什么要是2的n次方?

1.效率更高

一般利用hash码计算出一个数组的索引,常用方式是”h % length”,也就是求余的方式,但这种方式效率不如位运算,恰好又有”当容量是2^n时,h & (length – 1) == h % length”。

2.更符合Hash算法均匀分布,减少碰撞

length-1的值是所有二进制位全为1,这种情况下,index 的结果等同于 HashCode 后几位的值,只要输入的 HashCode 本身分布均匀,Hash 算法的结果就是均匀的。

HashMap的长度为什么设置为2的n次方

6.2、modCount变量的作用

public void forEach(BiConsumer<? super K, ? super V> action) {
    Node<K,V>[] tab;
    if (action == null)
        throw new NullPointerException();
    if (size > 0 && (tab = table) != null) {
        int mc = modCount;
        for (int i = 0; i < tab.length; ++i) {
            for (Node<K,V> e = tab[i]; e != null; e = e.next)
                action.accept(e.key, e.value);
        }
        if (modCount != mc)
            throw new ConcurrentModificationException();
    }
}

从forEach循环中可以发现 modCount 参数的作用。就是在迭代器迭代Map中的元素时,不能编辑(增加,删除,修改)Map中的元素。如果在迭代时修改,则抛出ConcurrentModificationException异常。

6.3、为什么在计算数组下标前,需对哈希码进行二次处理:扰动处理?

static final int hash(Object key) {
    int h;
    return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
}

这是JDK1.8中根据Key计算hash值的方法,然后用这个hash值去计算数组下标(hash & (length-1)),观察上面的 hash 方法,发现并不是直接用 hashCode 与 length-1 做位运算,而是(h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16),为什么这么处理?

是为了加大哈希码低位的随机性(因为 length 是2的n次方, length-1 的二进制全是1,这样同 hash 值与运算时,数组下标就取决于 hash 值的低位),使得分布更均匀,从而提高对应数组存储下标位置的随机性 & 均匀性,最终减少Hash冲突

《java容器源码分析--HashMap(JDK1.8)》

6.4、为什么 HashMap 中 String、Integer 这样的包装类适合作为 key 键

因为String是不可变的,而且已经重写了equals()和hashCode()方法了。其他的包装类也有这个特点。

不可变性是必要的,因为为了要计算hashCode(),就要防止键值改变,如果键值在放入时和获取时返回不同的hashcode的话,那么就不能从HashMap中找到你想要的对象。

不可变性还有其他的优点如线程安全。如果可以仅仅通过将某个field声明成final就能保证hashCode是不变的,那么请这么做吧。因为获取对象的时候要用到equals()和hashCode()方法,那么键对象正确的重写这两个方法是非常重要的。如果两个不相等的对象返回不同的hashcode的话,那么碰撞的几率就会小些,这样就能提高HashMap的性能。

6.5、重新调整HashMap大小存在什么问题吗?

当多线程的情况下,可能产生条件竞争,如果两个线程都发现HashMap需要重新调整大小了,它们会同时试着调整大小。

JDK1.7中,在调整大小的过程中,存储在链表中的元素的次序会反过来,因为移动到新的bucket位置的时候,HashMap并不会将元素放在链表的尾部,而是放在头部,这是为了避免尾部遍历(tail traversing)。

此时若(多线程)并发执行 put()操作,一旦出现扩容情况,则 容易出现 环形链表,从而在获取数据、遍历链表时 形成死循环(Infinite Loop),即 死锁的状态。

JDK1.7相关扩容:

void resize(int newCapacity) {  

    // 1. 保存旧数组(old table) 
    Entry[] oldTable = table;  
    
    // 2. 保存旧容量(old capacity ),即数组长度
    int oldCapacity = oldTable.length; 
    
    // 3. 若旧容量已经是系统默认最大容量了,那么将阈值设置成整型的最大值,退出    
    if (oldCapacity == MAXIMUM_CAPACITY) {  
        threshold = Integer.MAX_VALUE;  
        return;  
    }  
    
    // 4. 根据新容量(2倍容量)新建1个数组,即新table  
    Entry[] newTable = new Entry[newCapacity];  
    
    // 5. (重点分析)将旧数组上的数据(键值对)转移到新table中,从而完成扩容 ->>分析1.1 
    transfer(newTable); 
    
    // 6. 新数组table引用到HashMap的table属性上
    table = newTable;  
    
    // 7. 重新设置阈值  
    threshold = (int)(newCapacity * loadFactor); 
} 
    
/**
 * 作用:将旧数组上的数据(键值对)转移到新table中,从而完成扩容
 * 过程:按旧链表的正序遍历链表、在新链表的头部依次插入
 */
void transfer(Entry[] newTable) {
    // 1. src引用了旧数组
    Entry[] src = table;

    // 2. 获取新数组的大小 = 获取新容量大小                 
    int newCapacity = newTable.length;

    // 3. 通过遍历 旧数组,将旧数组上的数据(键值对)转移到新数组中
    for (int j = 0; j < src.length; j++) {
        // 3.1 取得旧数组的每个元素  
        Entry<K, V> e = src[j];
        if (e != null) {
            // 3.2 释放旧数组的对象引用(for循环后,旧数组不再引用任何对象)
            src[j] = null;

            do {
                // 3.3 遍历 以该数组元素为首 的链表
                // 注:转移链表时,因是单链表,故要保存下1个结点,否则转移后链表会断开
                Entry<K, V> next = e.next;
                // 3.3 重新计算每个元素的存储位置
                int i = indexFor(e.hash, newCapacity);
                // 3.4 将元素放在数组上:采用单链表的头插入方式 = 在链表头上存放数据 = 将数组位置的原有数据放在后1个指针、将需放入的数据放到数组位置中
                // 即 扩容后,可能出现逆序:按旧链表的正序遍历链表、在新链表的头部依次插入
                e.next = newTable[i];
                newTable[i] = e;
                // 访问下1个Entry链上的元素,如此不断循环,直到遍历完该链表上的所有节点
                e = next;
            } while (e != null);
            // 如此不断循环,直到遍历完数组上的所有数据元素
        }
    }
}

JDK 1.8 转移数据操作 = 按旧链表的正序遍历链表、在新链表的尾部依次插入,所以不会出现链表 逆序、倒置的情况,故不容易出现环形链表的情况。但 JDK 1.8 还是线程不安全,因为无加同步锁保护。

参考博文:

Java源码分析:关于 HashMap 1.8 的重大更新

    原文作者:w1992wishes
    原文地址: https://blog.csdn.net/w1992wishes/article/details/79710530
    本文转自网络文章,转载此文章仅为分享知识,如有侵权,请联系博主进行删除。
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