【java】hashMap的底层原理

问题描述

• 初识HashMap从HashSet的扩容机制谈起
• 源码：

  	Set set = new HashSet<>();
  	set.add("张大帅");
  	set.add("张少帅");
  	set.add("张大帅");
  	
  	// 1、调用无参构造器 返回在HashSet中初始化HashMap对象
  	public HashSet(){
      	map = new HashMap();
      }
  	
  	// 2、调用HashSet的add方法
  	public boolean add(E e) {
  		// PRESENT是hashSet的静态对象 用于占位 
  	    // Dummy value to associate with an Object in the backing Map
          return map.put(e, PRESENT)==null;  
      }
      
       // 3、调用hashMap的put方法 hash值作为table的索引
       public V put(K key, V value) { // key=“张大帅” value = static final new Object();
            return putVal(hash(key), key, value, false, true);
       }
  	 
  	 // 4、计算hash值，使用key的hashCode值及hashCode值无符号右移16做异或运算的结果，目的是减少hash冲突
  	 static final int hash(Object key) {
       	int h;
       	// key不为空，key的hashCode
       	// ^ 表示异或运算：相同置0，不同置1
       	// >>> 16 右移16位 高16位可以减少hash冲突
          return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16); 
       }
       // 5、HashMap 的 putVal() 方法
       /**
      * Implements Map.put and related methods
       *
       * @param hash hash for key
       * @param key the key
       * @param value the value to put
       * @param onlyIfAbsent if true, don't change existing value
       * @param evict if false, the table is in creation mode.
       * @return previous value, or null if none
       */
      final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,
                     boolean evict) {
          // 1、辅助变量初始化
          Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, i;
          // 2、table 是 HashMap的一个属性 类型为 Node[]
          //   判断当前table为空 或者 tab.length == 0, 执行resize()table扩容方法
          if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
              n = (tab = resize()).length;
          // 3、根据key得到hash索引值，找到key在table对应的位置索引位置 
               // 并且 把这个位置的对象赋给p 
          // 4、p是否为null
          if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
          	// 如果p为空 表示当前位置没有存放元素，
          	// 新建一个该key的Node对象 Node（key="张大帅"value=PRESENT）
              tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
          else {
          	// p不为空，代表当前table索引位置存在 单链表
              Node<K,V> e; K k;
              // 判断 当前数组位置的第一个Node节点key与传入key作比较
              // 满足：（1）两者hash值相等
              //      （2）两者引用地址或值相等
              // 则认为 传入的key存在 
              if (p.hash == hash &&
                  ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                  e = p;
              // 判断 当前节点是TreeNode的实例，将table转为红黑树
              else if (p instanceof TreeNode)
                  e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
              else {
              	// 当前链表已存在，for循环指向下一节点
                  for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
                  	// 下节点为空，没有发现相同的key，就自动加到链表末尾，跳出
                      if ((e = p.next) == null) {
                          p.next = newNode(hash, key, value, null);
                          // 追加节点结束后，当前链表长度大于等于8，对当前列表进行树化，转为红黑树
                          if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st
                              treeifyBin(tab, hash);
                          break;
                      }
                      // 判断key是否相同，相同跳出
                      if (e.hash == hash &&
                          ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                          break;
                      // 不相等，继续指向下一节点
                      p = e;
                  }
              }
              if (e != null) { // existing mapping for key
                  V oldValue = e.value;
                  if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
                      e.value = value;
                  afterNodeAccess(e);
                  return oldValue;
              }
          }
          // 操作数+1
          ++modCount;
          // node数是否超过临界长度
          if (++size > threshold)
          	// 超过扩容
              resize();
          // 留给子类实现链表排序的方法，默认
          afterNodeInsertion(evict);
          return null;
      }
  
      /**
       * Initializes or doubles table size.  If null, allocates in
       * accord with initial capacity target held in field threshold.
       * Otherwise, because we are using power-of-two expansion, the
       * elements from each bin must either stay at same index, or move
       * with a power of two offset in the new table.
       *
       * @return the table
       */
      final Node<K,V>[] resize() {
          Node<K,V>[] oldTab = table;
          // 旧容量值
          int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length;
          // 旧的临界值
          int oldThr = threshold;
          // 初始化新的容量和临界值
          int newCap, newThr = 0;
          // 旧的容量值大于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
          }
          // 旧的临界值大于0
          else if (oldThr > 0) // initial capacity was placed in threshold
              newCap = oldThr;
          // 两者均为0
          else {               // zero initial threshold signifies using defaults
              newCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY; // 新的容量 默认 16
              // 新的临界值 = 加载因子（0.75）* 默认容量值
              // 如果当前table数组使用已达到临界值，就扩容
              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);
          }
          // 得到临界值
          threshold = newThr;
          @SuppressWarnings({"rawtypes","unchecked"})
          // 创建了node数组，作为链表
          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;
      }
  
      /**
       * Replaces all linked nodes in bin at index for given hash unless
       * table is too small, in which case resizes instead.
       */
      final void treeifyBin(Node<K,V>[] tab, int hash) {
          int n, index; Node<K,V> e;
          // 表为空或者 表的实际长度 小于 链表转红黑树的最小容量（1 >> 4）64 
          // 只对表的长度进行扩展
          if (tab == null || (n = tab.length) < MIN_TREEIFY_CAPACITY)
              resize();
          else if ((e = tab[index = (n - 1) & hash]) != null) {
              TreeNode<K,V> hd = null, tl = null;
              do {
                  TreeNode<K,V> p = replacementTreeNode(e, null);
                  if (tl == null)
                      hd = p;
                  else {
                      p.prev = tl;
                      tl.next = p;
                  }
                  tl = p;
              } while ((e = e.next) != null);
              if ((tab[index] = hd) != null)
                  hd.treeify(tab);
          }
  	}