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HashMap原始碼分析

2022-09-26 06:59:57 後端開發

主要過一遍HashMap中的常量、構造方法、put方法

當我們呼叫put時,實際上就是呼叫putVal

public V put(K key, V value) {
    return putVal(hash(key), key, value, false, true);
}

putVal

/**
 * @param  onlyIfAbsent	若為true,插入重復key的值時,不改變已存在的value
 * @param  evict 若為false,則表為創建模式(在HashMap中因該沒啥用,LinkedhashMap需要注意)
 */
final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent, boolean evict) {
    Node<K,V>[] tab; 
    Node<K,V> p; // p在后邊用來暫存沖突位置上的元素
    int n, i;	// n為table.length
    // 1. 新創建的HashMap先初始化
    if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
        n = (tab = resize()).length;
    // 2. 若指定位置不存在元素(沒有hash沖突)
    if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null) // n為hashMap的長度,即2的冪次,故:(n-1)&hash = hash%n
        tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
    else {
       // 3. 發生沖突時處理邏輯
        Node<K,V> e; 
        K k; // 沖突位置上的key
        // 3.1 key相同則覆寫舊值
        if (p.hash == hash && ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
            e = p;
        // 3.2 已有很多沖突值(已經轉為樹了),則put進該沖突樹
        else if (p instanceof TreeNode)
            e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
        // 3.3 拉鏈法存放
        else {
            // 3.3.1 回圈沖突鏈表,將新來的沖突的元素尾插到鏈表中
            for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
                if ((e = p.next) == null) {
                    p.next = newNode(hash, key, value, null);
                    
                    if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // TREEIFY_THRESHOLD = 8
                    	// 鏈表轉紅黑樹	
                        treeifyBin(tab, hash);
                    break;
                }
                // 如果新插入的元素是與沖突鏈表上的key相同的,那么就要覆寫這個key對應的value
                if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                    // beark后走【a】處的邏輯
                    break;
                p = e;
            }
        }
        // 回圈結束后,經歷尾插后的e為空
        
        if (e != null) { // 【a】existing mapping for key
            V oldValue = https://www.cnblogs.com/daydreamer-fs/archive/2022/09/25/e.value;
            if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
                e.value = value;
            afterNodeAccess(e);// 這方法空的,沒啥用,在LinkedHashMap中被重寫
            return oldValue;
        }
    }
    
    ++modCount;		// 記錄被結構修改的次數
    // 如果當前保存的k-v數量(不包含沖突的)大于閾值 則擴容
    if (++size > threshold)
        resize();
    afterNodeInsertion(evict);// 這方法空的,沒啥用,在LinkedHashMap中被重寫
    return null;
}

resize

初始化或加倍表的大小,

如果為空,則按照欄位閾值中持有的初始容量目標分配,

否則,因為我們使用的是2的冪展開,所以每個bin中的元素要么必須保持相同的索引,要么在新表中以2的冪偏移量移動,

final Node<K,V>[] resize() {
    Node<K,V>[] oldTab = table;
    int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length;
    int oldThr = threshold; // 類成員變數threshold,int型別默認值為0
    int newCap, newThr = 0;
    // 1.確定新閾值和新容量
    // 1.1 元素不為空
    if (oldCap > 0) {
        if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) { //  MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30 = 1073741824
            threshold = Integer.MAX_VALUE;//  MAX_VALUE = https://www.cnblogs.com/daydreamer-fs/archive/2022/09/25/2147483647
            return oldTab;
        }
        // newCap擴為原來的2倍 ,若其在[16,1073741824)范圍內threshold也翻倍
        else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY && oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)
            newThr = oldThr << 1;   
    }
    // 1.2 元素為空,且閾值有效(可能是呼叫HashMap(int initialCapacity,float loadFactor)初始化或被清空元素的hashmap)
    else if (oldThr > 0)
        newCap = oldThr;
    // 1.3 新創建的HashMap 容量默認為16,閾值默認為(負載因子*容量)0.75*16=12
    else {              
        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"})
    // 2.擴容
    Node<K,V>[] newTab = (Node<K,V>[])new Node[newCap];
    table = newTab;
    if (oldTab != null) {
        // 回圈老的元素
        for (int j = 0; j < oldCap; ++j) {
            Node<K,V> e;
            if ((e = oldTab[j]) != null) {
                oldTab[j] = null;
                // 2.1 該元素鏈表中沒有存盤沖突值,重新計算該元素存盤位置,并賦值
                if (e.next == null)
                    newTab[e.hash & (newCap - 1)] = e;
                
                // 2.2 如果該元素保存到沖突值很多 以至于鏈表已經轉成紅了
                else if (e instanceof TreeNode)
                    ((TreeNode<K,V>)e).split(this, newTab, j, oldCap);
                
                // 2.3 有產生沖突的值,但還沒有轉成樹
                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; 
                        // 空鍵的hash為零,或出現1001 & 0110這種情況
                        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);
                    // 將沖突的鏈表拎出來,放到陣列中
                    if (loTail != null) {
                        loTail.next = null;
                        newTab[j] = loHead;
                    }
                    if (hiTail != null) {
                        hiTail.next = null;
                        newTab[j + oldCap] = hiHead;
                    }
                }
            }
        }
    }
    return newTab;
}

常量及成員變數

// 默認的初始容量 16(必須是2的冪)
static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4;

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

// 在建構式中沒有指定時使用的負載因子,
static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;

// 在第一次使用時初始化,并根據需要調整大小
// 長度總是2的冪
transient Node<K,V>[] table;

構造

// 構造一個具有默認初始容量(16)和默認負載因子(0.75)的空HashMap,
public HashMap() {
    this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR; // all other fields defaulted
}

put

public V put(K key, V value) {
    return putVal(hash(key), key, value, false, true);
}

Hash

// 計算 key.hashCode() 并將哈希的較高位傳播(XOR)到較低位, 由于該表使用二次冪掩碼,因此僅在當前掩碼之上位變化的散列集將始終發生沖突, (已知的例子是在小表中保存連續整數的 Float 鍵集,)因此,我們應用了一種變換,將高位的影響向下傳播, 在位擴展的速度、實用性和質量之間存在折衷, 因為許多常見的散列集已經合理分布(所以不要從傳播中受益),并且因為我們使用樹來處理 bin 中的大量沖突,我們只是以最便宜的方式對一些移位的位進行異或,以減少系統損失, 以及合并最高位的影響,否則由于表邊界,這些最高位將永遠不會用于索引計算,
static final int hash(Object key) {
    int h;
    return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
}

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