初見HashMap源碼

這篇文章算是json那篇的番外吧,畢竟是爲了搞清楚那件事,才引出了這件事。

本文只是簡單的看了一下java 8的HashMap源碼,大概只詳細的看了兩個方法,並且參考了幾篇源碼文章:
https://blog.csdn.net/soga613/article/details/78958642
http://www.importnew.com/28263.html

那麼我們就開始吧。

簡介

翻開源碼,首先我們會看到有着篇幅巨大的註解。
在這裏插入圖片描述
開頭就描述了HashMap不保證map中的順序;第二段主要強調了迭代性能優先時,不要將初始容量設置的太大;第三段主要講了兩個重要參數:初始容量負載因子,負載因子是判斷擴容的主要標準;第四段主要講述負載因子的默認值爲(.75),並解釋了爲什麼這麼設置,以及容量超過最大值上限時,不再重新hash;等等等(我們只需要瞭解這麼多就可以繼續接下來的內容了)。

接着我們又能看到另一大串註解。
在這裏插入圖片描述
主要講述了map中,通常是以hash表的形式存在的,但是當每個位置的鏈表過大時,他就轉化爲一個樹形結構,也就是紅黑樹(本文不討論,後續更新)。在樹結構中通常也是以hashCode爲主進行排序,但如果兩個元素符合"class C implements Comparable<C>"時,就會按照它們的compareTo方法排序。等等等等。

所以這段註解主要是爲了講述java 8新增的紅黑樹的相關內容。

然後我們就開始看具體的方法代碼。

首先是HashMap的構造函數

public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {
        if (initialCapacity < 0)
            throw new IllegalArgumentException("Illegal initial capacity: " +
                                               initialCapacity);
        // MAXIMUM_CAPACITY的值爲1073741824(2^30)
        if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY)
            initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY;
        if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor))
            throw new IllegalArgumentException("Illegal load factor: " +
                                               loadFactor);
        // 負載因子                                       
        this.loadFactor = loadFactor;
        // 計算閾值,超過這個值,就需要擴容
        this.threshold = tableSizeFor(initialCapacity);
    }

而這個計算閾值的方法就是一個非常好的算法

/**
     * Returns a power of two size for the given target capacity.
     */
    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;
    }

它的作用是返回據傳入值最近的且比傳入值大的2的n次方。
比如我們傳入3,它返回4;傳入6,返回8,傳入12,返回16等等。

但是我們看到,在構造函數中,並沒有初始化map,這個操作是在對應的putVal方法中進行的。

putVal方法

主體方法如下

final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,
                   boolean evict) {
        Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, i;
        // 初始化tab數組
        if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
            n = (tab = resize()).length;
        // 如果tab中之前的hash映射爲空,則新建一個node
        if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
            tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
        // 已有hash的情況    
        else {
            Node<K,V> e; K k;
            // p的hash有映射,且key值正好相等,那就是之前有對應key
            if (p.hash == hash &&
                ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                e = p;
            // 如果p是樹節點,涉及紅黑樹,忽略    
            else if (p instanceof TreeNode)
                e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
            // p的hash有映射,但是這裏是一個鏈表,所以需要遍歷
            else {
                for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
                    // 鏈表中沒有對應key,新建node
                    if ((e = p.next) == null) {
                        p.next = newNode(hash, key, value, null);
                        // 如果超過樹形閾值,則變爲紅黑樹
                        if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st
                            treeifyBin(tab, hash);
                        break;
                    }
                    // 如果鏈表中有對應的key,則e值不爲空,進行下面的覆蓋操作
                    if (e.hash == hash &&
                        ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                        break;
                    p = e;
                }
            }
            // key值之前存在,進行覆蓋操作,並返回舊值
            if (e != null) { // existing mapping for key
                V oldValue = e.value;
                if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
                    e.value = value;
                afterNodeAccess(e);
                return oldValue;
            }
        }
        // 記錄HashMap結構被修改的次數,在迭代的時候用
        ++modCount;
        // 如果發現容量超過閾值,則進行擴容
        if (++size > threshold)
            resize();
        // 執行插入後方法,忽略    
        afterNodeInsertion(evict);
        return null;
    }

上面的過程可以用下面這張圖來總結(偷的)
在這裏插入圖片描述


resize

然後是另外一個重要的主體方法,擴容操作

final Node<K,V>[] resize() {
        Node<K,V>[] oldTab = table;
        int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length;
        int oldThr = threshold;
        int newCap, newThr = 0;
        // 舊錶非空時
        if (oldCap > 0) {
            // 如果超過最大容量,直接返回舊錶
            if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) {
                threshold = Integer.MAX_VALUE;
                return oldTab;
            }
            // 如果擴容一倍不超最大容量,且舊的容量大於等於默認初始化容量
            else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY &&
                     oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)
                // 閾值翻倍     
                newThr = oldThr << 1; // double threshold
        }
        // 如果舊錶容量爲0,但舊的閾值大於0(刪除到容量爲0的情況)
        else if (oldThr > 0) // initial capacity was placed in threshold
            // 新容量使用舊閾值
            newCap = oldThr;
         // 初始化,使用默認值   
        else {               // zero initial threshold signifies using defaults
            newCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY; // 16
            newThr = (int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY); // 12
        }
        // 新閾值爲0時,第二種情況,用負載因子重新計算
        if (newThr == 0) {
            float ft = (float)newCap * loadFactor;
            newThr = (newCap < MAXIMUM_CAPACITY && ft < (float)MAXIMUM_CAPACITY ?
                      (int)ft : Integer.MAX_VALUE);
        }
        // 設置擴容後閾值
        threshold = newThr;
        @SuppressWarnings({"rawtypes","unchecked"})
            Node<K,V>[] newTab = (Node<K,V>[])new Node[newCap];
        // 擴容後的tab
        table = newTab;
        // 如果舊tab非空,進行數據遷移
        if (oldTab != null) {
            for (int j = 0; j < oldCap; ++j) {
                Node<K,V> e;
                if ((e = oldTab[j]) != null) {
                    // 釋放舊錶
                    oldTab[j] = null;
                    // 對應數組元素只有一個值,直接遷移
                    if (e.next == null)
                        newTab[e.hash & (newCap - 1)] = e;
                    // 如果是樹節點,走對應方法    
                    else if (e instanceof TreeNode)
                        ((TreeNode<K,V>)e).split(this, newTab, j, oldCap);
                    // 如果該元素是一個鏈表,將該鏈表分成兩個鏈表,主要根據鏈表對應值的hash值確定    
                    else { // preserve order
                        Node<K,V> loHead = null, loTail = null;
                        Node<K,V> hiHead = null, hiTail = null;
                        Node<K,V> next;
                        // 循環鏈表
                        do {
                            next = e.next;
                            // 計算hash值
                            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);
                        // 原hash對應鏈表
                        if (loTail != null) {
                            loTail.next = null;
                            newTab[j] = loHead;
                        }
                        // 原hash+舊錶容量的鏈表
                        if (hiTail != null) {
                            hiTail.next = null;
                            newTab[j + oldCap] = hiHead;
                        }
                    }
                }
            }
        }
        return newTab;
    }

重點說一下(e.hash & oldCap) == 0,因爲容量翻倍後,之前hash對應的鏈表中就會分爲兩派,舉例,之前的容量爲16,hash爲3的元素存在鏈表,鏈表中存的值有hash爲3和19的,但是它們都在這個元素中,hash爲19是因爲容量限制,所以只能放在這裏,但是當容量翻倍爲32時,hash爲19的值就有自己的在hash tab中的位置了,所以之前的一個鏈表分化爲兩個鏈表。這裏偷一張圖。
在這裏插入圖片描述

所以其實(e.hash & oldCap)就是計算新增的那個bit位是0還是1,也就是它應該屬於原hash,還是擴容後的hash。


get

到這裏,我們將主體的兩個方法的源碼看完了,還有一個get方法的源碼,不過其實也很簡單。

final Node<K,V> getNode(int hash, Object key) {
        Node<K,V>[] tab; Node<K,V> first, e; int n; K k;
        // tab非空纔會取到值
        if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 &&
            (first = tab[(n - 1) & hash]) != null) {
            // tab元素下對應hash中的第一個node
            if (first.hash == hash && // always check first node
                ((k = first.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                return first;
            // 需要在對應鏈表中找值    
            if ((e = first.next) != null) {
                // 紅黑樹,走對應方法
                if (first instanceof TreeNode)
                    return ((TreeNode<K,V>)first).getTreeNode(hash, key);
                // 遍歷鏈表取值,取不到就返回null    
                do {
                    if (e.hash == hash &&
                        ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                        return e;
                } while ((e = e.next) != null);
            }
        }
        return null;
    }

暫時就將HashMap的源碼看到這裏,已經夠解決我之前的問題了。

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