Java HashMap源码学习

Java HashMap源码学习

基本使用

包含创建，添加，删除，迭代，打印

        HashMap<Integer, Integer> map = new HashMap<>();
        map.put(1,1);
        map.put(2,2);
        map.put(3,3);
        map.remove(2);
        System.out.println("map[3]=" + map.get(3));
        System.out.println(map);
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分析源码

一贯原则，没用的帮兄弟们省掉了

简单介绍

package java.util;

// AbstractMap，可以随机访问
public class HashMap<K, V> extends AbstractMap<K, V> {

    // 初始容量
    static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; 
    // 最大容量
    static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;
    // 负载因子，当前容量超过最大容量*负载因子，开始扩容
    static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;
   	// 链表大于8树化
    static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8;
    // 树小于6链化
    static final int UNTREEIFY_THRESHOLD = 6;
    // 树化的最小容量
    static final int MIN_TREEIFY_CAPACITY = 64;

    // 存储key，value
    static class Node<K, V> implements Map.Entry<K, V> {
        // 通过key中字段计算
        final int hash;
        final K key;
        V value;
        Node<K, V> next;

        Node(int hash, K key, V value, Node<K, V> next) {
            this.hash = hash;
            this.key = key;
            this.value = value;
            this.next = next;
        }

		// 省略get，set等模板方法
    }
}
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创建

// 负载因子
public HashMap() {
	this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR; // all other fields defaulted
}
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添加

public V put(K key, V value) {
    // 通过hash()对key进行一次hash()
    return putVal(hash(key), key, value);
}

// 重点分析
final V putVal(int hash, K key, V value) {
    // tab，桶，就是数组
    // p，期望对象
    // n，当前桶容量
    // i，桶下标
    Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, i;
    // 如果是第一次，通过resize()更新初始容量
    if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
    	n = (tab = resize()).length;
    // 与桶大小&计算，二次hash()
    // 刚好桶上没元素，直接在桶上更新
    if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
    	tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
    else {
        // e，辅助期望元素
        // k，桶下标元素的key
        Node<K,V> e; K k;
        // 如果和桶第一个一样
        if (p.hash == hash && ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
        	e = p;
        // 已经树化的计算
        else if (p instanceof TreeNode)
        	e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
        // 链化的计算
        else {
            for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
                // 没有相同的，在最后添加
                if ((e = p.next) == null) {
                    p.next = newNode(hash, key, value, null);
                   	// 树化 
                    if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1)
                    	treeifyBin(tab, hash);
                    break;
                }
                // 找到key一样的
                if (e.hash == hash &&
                    ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                break;
                p = e;
            }
        }
        e.value = value;
    }
    // 扩容
    if (++size > threshold)
    	resize();
    return null;
}

// key经过hashCode()与低位^，让高位也参与计算
static final int hash(Object key) {
    int h;
    return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
}
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扩容

// 二倍扩容
final Node<K,V>[] resize() {
   	
    Node<K,V>[] oldTab = table;
    // 当前容量
    int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length;
    // 当前负载
    int oldThr = threshold;
    int newCap, newThr = 0;
    if (oldCap > 0) {
        if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) {
            threshold = Integer.MAX_VALUE;
            return oldTab;
        }
        // 二倍扩容
        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;
    // 第一次扩容
    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"})
    // 大小确定，正式开始
    Node<K,V>[] newTab = (Node<K,V>[])new Node[newCap];
    table = newTab;
    if (oldTab != null) {
        // 遍历桶
        for (int j = 0; j < oldCap; ++j) {
            Node<K,V> e;
            if ((e = oldTab[j]) != null) {
                oldTab[j] = null;
                if (e.next == null)
                	// 通过hash&新桶容量，计算位置
                	newTab[e.hash & (newCap - 1)] = e;
                // 树转移
                else if (e instanceof TreeNode)
                	((TreeNode<K,V>)e).split(this, newTab, j, oldCap);
                // 链表
                else { // preserve order
                    // lo，low，hi，high，high=桶容量/2+low
                    Node<K,V> loHead = null, loTail = null;
                    Node<K,V> hiHead = null, hiTail = null;
                    Node<K,V> next;
                    do {
                        next = e.next;
                        // 如果在下标0位置
                        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;
}
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删除

// 调用的内部方法
public V remove(Object key) {
    Node<K,V> e;
    return (e = removeNode(hash(key), key, null, false, true)) == null ?
        null : e.value;
}


final Node<K,V> removeNode(int hash, Object key, Object value,
                           boolean matchValue, boolean movable) {
    Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, index;
    if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 &&
        (p = tab[index = (n - 1) & hash]) != null) {
        Node<K,V> node = null, e; K k; V v;
        // 如果是头节点
        if (p.hash == hash &&
            ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
            node = p;
        else if ((e = p.next) != null) {
        	// 获取树节点
            if (p instanceof TreeNode)
                node = ((TreeNode<K,V>)p).getTreeNode(hash, key);
           	// 链表处理
            else {
                do {
                    if (e.hash == hash &&
                        ((k = e.key) == key ||
                         (key != null && key.equals(k)))) {
                        node = e;
                        break;
                    }
                    // p在e之后，if breadk时，p.next=e
                    p = e;
                } while ((e = e.next) != null);
            }
        }
        if (node != null && (!matchValue || (v = node.value) == value ||
                             (value != null && value.equals(v)))) {
            // 树处理
            if (node instanceof TreeNode)
                ((TreeNode<K,V>)node).removeTreeNode(this, tab, movable);
            // 链表头节点处理
            else if (node == p)
                tab[index] = node.next;
            // 链表非头结点
            else
                p.next = node.next;
            ++modCount;
            --size;
            afterNodeRemoval(node);
            return node;
        }
    }
    return null;
}
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注意，map的删除中并没有resize()逻辑

获取

// 封装的内部逻辑
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) {
        // 如果是桶上
        if (first.hash == hash && // always check first node
            ((k = first.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
            return first;
        if ((e = first.next) != null) {
        	// 树处理
            if (first instanceof TreeNode)
                return ((TreeNode<K,V>)first).getTreeNode(hash, key);
            // 遍历链表
            do {
                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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获取逻辑和删除差不多

总结

1. HashMap可以存储键值对
2. 初始容量是16，每次扩容2倍数
3. 先添加，后扩容
4. 从尾部添加

树化

在同下标元素>=8时开始树化，内部通过红黑树保持平衡，提高查找效率。发但生树化的概率很小（0.00000006），且里面的代码很多（主要是红黑树的平衡逻辑），就不重点展开了。

后续

里面代码确实挺多，其中还包括树，以后分析并尝试重写。