一道算法題啓發——HashMap分析

HashMap

一、概述

HashMap作爲面試的常考題，對一個Java開發者來說是要掌握相關知識點的。以下文章是對HashMap的resize()函數流程理解。

二、算法概述

在瞭解resize()函數之前可以先考一道算法題（如果不想看，可以直接跳過，進入resize()分析），我發現他們有着類似的實現。題目來自《程序員代碼面試指南》。不得不佩服左神🐂🍺

題目描述如下：
給定一個鏈表，再給定一個整數 pivot，請將鏈表調整爲左部分都是值小於 pivot 的節點，中間部分都是值等於 pivot 的節點， 右邊部分都是大於 pivot 的節點。
除此之外，對調整後的節點順序沒有更多要求

pivot = 5
7 -> 9 -> 1 -> 8 -> 5 -> 2 -> 5

output:
1 -> 2 -> 5 -> 5 -> 7 -> 9 -> 8

算法思路

1. 將原鏈表中的所有節點依次劃分進三個鏈表，三個鏈表分別爲small代表左部分，equal代表中間部分，big代表右部分。

small：1 -> 2 -> null
equal：5 -> 5 -> null
big：  7 -> 9 -> 8 null

2. 將small、equal和big三個鏈表重新串起來即可。

三、代碼實現

註釋1，2，3，容易造成鏈表環狀。

public static ListNode listPartition(ListNode head, int pivot) {
		ListNode sH = null,  sT = null;
		ListNode mH = null,  mT = null;
		ListNode bH = null,  bT = null;
		ListNode next = null;
		while(head != null) {
			next = head.next; // 1
			head.next = null; // 2
			if (head.val < pivot) {
				if(sH == null) {
					sH = head;
					sT = head;
				}else {
					sT.next = head;
					sT = head;
				}
			}else if (head.val == pivot) {
				if (mH == null) {
					mH = head;
					mT = head;
				}else {
					mT.next = head;
					mT = head;
				}
			} else {
				if (bH == null) {
					bH = head;
					bT = head;
				}else {
					bT.next = head;
					bT = head;
				}
			}
			head = next; // 3. head = head.next;
		}
		if (sT != null) {
			sT.next = mH;
			mT = mT != null ? mT : sT; 
		}
		if (mT != null) {
			mT.next = bH;
		}
		return sH != null ? sH : mH != null ? mH : bH;
	}

四、HashMap的resize()分析

JDK1.8和JDK1.7的HashMap的擴容不太一樣，可以參考美團技術文章Java 8系列之重新認識HashMap，以下是擴容大概步驟

• 計算新閾值（newThr）和hash數組大小（newCap）
• 創建新的Hash數組
• 把原來元素放到新的Hash數組裏面：把一個鏈表拆分成2個鏈表：0號鏈表、1號鏈表；0號鏈表裏面的元素的下標不變，1號鏈表的元素的下標= 原來的下標 + oldCap。如下圖所示
  

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
        }
        else if (oldThr > 0) // initial capacity was placed in threshold
            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;
        /* 上面代碼計算新的閾值和新的hash數組容量**/
        @SuppressWarnings({"rawtypes","unchecked"})
            Node<K,V>[] newTab = (Node<K,V>[])new Node[newCap];
        table = newTab;
        /* 上面的代碼分配新的Hash數組**/
        /* 下面的代碼把元素轉移到新的數組裏面**/
        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
                    	// 看到這裏，是否似曾相識呢，把原來的鏈表分成兩個鏈表
                        Node<K,V> loHead = null, loTail = null;
                        Node<K,V> hiHead = null, hiTail = null;
                        Node<K,V> next;
                        do {
                            next = e.next;
                            // 0 號鏈表
                            if ((e.hash & oldCap) == 0) {
                                if (loTail == null)
                                    loHead = e;
                                else
                                    loTail.next = e;
                                loTail = e;
                            }
                            // 1 號鏈表
                            else {
                                if (hiTail == null)
                                    hiHead = e;
                                else
                                    hiTail.next = e;
                                hiTail = e;
                            }
                        } while ((e = next) != null);
                        // 尾指針置爲null，防止造成環
                        if (loTail != null) {
                            loTail.next = null;
                            newTab[j] = loHead;
                        }
                        // 尾指針置爲null，防止造成環
                        if (hiTail != null) {
                            hiTail.next = null;
                            newTab[j + oldCap] = hiHead;
                        }
                    }
                }
            }
        }
        return newTab;
    }

五、總結

之前也是參考好多別人的博客，感覺都是似懂非懂的，今天算是搞明白了，算法還是重要的。以上僅是我個人的理解，如有錯誤還希望指正