深入理解HashMap (jdk1.8)

淡淡的烟草味﹌ 2022-04-14 05:13 277阅读 0赞

# 深入理解HashMap #

> HashMap是我们在开发中经常使用到的对象，那么你是否真的了解HashMap呢？我们先看下面几个问题：

*  HashMap的结构是什么样子的？
 *  HashMap的默认容量是多少？
 *  HashMap在什么时候扩容？

> 大家先思考一下，上面的问题的答案，我们稍后慢慢揭晓，我们先来看两段代码：

public class HashMapTest{
    	public static void main(String[] args){
    		// #1
    		Map map1 = new HashMap();
    		// #2
    		Map map2 = new HashMap(19);
    	}
    }

> 大家看上面的两段代码，猜一下\#1 和 \#2的HashMap容量是多少？

*  \#1的容量是16
 *  \#2的容量是32

> 有人会疑惑，我设置了HashMap的容量是19，为什么\#2的容量是32啊？这个，要看一下源码，如果，你设置了HashMap的容量，会把容量自动计算大于你设置的容量最近的2的幂数；例如，你设置的50，那么真实的容量是64。

> jdk1.8中HashMap的结构，其实会有两种情况，一种是散列数组+链表，还有一种是散列数组+红黑树，默认情况下用的散列数组+单向链表结构，在链表的长度大于7的时候，会把列表转换为红黑树。请看源码：

// HashMap put方法
    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)
            //如果，散列数组的大小是0，就进行初始化
                n = (tab = resize()).length;
            if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
            //散列数组，没有下标冲突，并且当前位置为null，执行插入
                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))))
                // 下标冲突，key相同，替换value
                    e = p;
                else if (p instanceof TreeNode)
                    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);
                            // TREEIFY_THRESHOLD =8;所以，是链表长度大于7的时候 ，转红黑树
                            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)
            // HashMap扩容
                resize();
            afterNodeInsertion(evict);
            return null;
        }

> 从上面的源码，我们可以确定，在jdk1.8中HashMap的数据结构。从源码里面，我们还看到了什么时候扩容，什么时候去初始化散列数据，分配内存空间。HashMap中put的流程大致如下：

*  散列表为空，进行初始化（HashMap是在put的时候，才给散列数组开辟内存空间的）
 *  散列数据下标未冲突，并且当前位置为null，插入值
 *  散列数组下标冲突，key相等，替换value
 *  散列数组下标冲突，key不相同，添加到链表的尾部,如果，链表长度大于7，把链表转成红黑树
 *  当散列数组的长度大于扩容长度的时候，HashMap就会扩容

> 通过查看源码，我们深入的理解了jdk1.8中HashMap的结构以及容量，我们在看看HashMap的扩容方法的源码

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
            }
            // initial capacity was placed in threshold
            else if (oldThr > 0) 
                newCap = oldThr;
            else {// zero initial threshold signifies using defaults
                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;
        }

> 从上面的源码，我们可以看出来，HashMap扩容的步骤如下：

*  散列数组长度为0，扩容伐值也为0，进行初始化，容量值取HashMap的默认值
 *  散列数组长度为0，扩容伐值不为0，进行初始化，容量值取扩容伐值
 *  散列数组长度大于0，进行扩容，容量是原来的2倍
 *  扩容伐值 = 散列数组容量 \* 扩容因子（默认0.75F）

> 还有一个重要的部分，就是数组下标的计算，源码如下：

/**
         * Computes key.hashCode() and spreads (XORs) higher bits of hash
         * to lower.  Because the table uses power-of-two masking, sets of
         * hashes that vary only in bits above the current mask will
         * always collide. (Among known examples are sets of Float keys
         * holding consecutive whole numbers in small tables.)  So we
         * apply a transform that spreads the impact of higher bits
         * downward. There is a tradeoff between speed, utility, and
         * quality of bit-spreading. Because many common sets of hashes
         * are already reasonably distributed (so don't benefit from
         * spreading), and because we use trees to handle large sets of
         * collisions in bins, we just XOR some shifted bits in the
         * cheapest possible way to reduce systematic lossage, as well as
         * to incorporate impact of the highest bits that would otherwise
         * never be used in index calculations because of table bounds.
         */
        static final int hash(Object key) {
            int h;
            return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
        }

> 从上面的源码和注释，我们知道，HashMap数据下标的计算方式。

## 深度思考： ##

> 从源码分析，我们深入的了解了HashMap，那么，现在请你回答如下问题：

*  HashMap的数据结构是怎么样子的？
 *  HashMap默认数组容量是多少？默认的负载因子是多少？负载因子有什么用？
 *  如果new HashMap<>(33)，数组容量多大？
 *  HashMap的key的数组下标怎么算？
 *  HashMap 什么时候创建数组占用内存？数组下标碰撞怎么处理？
 *  HashMap什么时候扩容？
 *  HashMap为什么默认容量必须是2的幂数？
 *  为什么HashMap是线程不安全的?