day09-HashMap原理-1.8優化

Hashmap底層數據結構

jdk1.7之前，Hashmap底層數據結構是數組+鏈表實現的，1.8之後採用了紅黑樹對Hashmap進行了優化。
jdk1.8後HashMap採用數組+鏈表+紅黑樹的數據結構。

HashMap原理

在1.7之前，HashMap底層採用數組加鏈表的數據結構，當在數據量大的時候，出現hash碰撞的機率也隨之增大，於是鏈表長度會變得長，而鏈表的增刪操作十分不便。所以在1.8之後，當鏈表長度增加到一定長度（默認是8個節點）時，將鏈表優化爲一顆自平衡二叉樹（紅黑樹），大大提高了效率。

初始化

同樣的，1.8的初始化也是類似1.7的懶加載，在向集合中添加元素時，才進行初始化，而1.8的擴容和初始化都是在resize()方法中進行的。

添加元素

調用put()方法添加元素，真正執行的是putVal()進行添加的。

• 在第一次添加時，會調用resize()方法進行初始化
• 根據元素的hash值計算出具體應該在該數組的那個index位置，並把該位置元素（該下標的首元素）賦值給變量p，這個p首元素可能出現三種情況，1.該位置沒有存任何元素、2. 該元素下是一個紅黑樹（超過默認鏈表長度優化爲紅黑樹，那麼這個元素就是一個樹節點）、3. 該元素下面是一個鏈表

情況1：那麼就直接創建結點、存入帶插入元素
情況2：向樹中添加元素
情況3：遍歷鏈表，並向尾部添加該元素。尾插法，if ((e = p.next) == null) {p.next = newNode(hash, key, value, null);這裏與1.7有不一樣。這時還會去判斷此時鏈表長度是否達到了要優化爲紅黑樹的時機。if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) ;treeifyBin(tab, hash);

public V put(K key, V value) {
	return putVal(hash(key), key, value, false, true);
}

//參數hash就是待插元素的hash值
final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,boolean evict) {
	Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, i;
	//判斷當前數組是否已經進行了初始化，第一次時肯定是null
	if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
		//沒有初始化，就去初始化空間，擴容數組，並且把容量長度賦值給n
		n = (tab = resize()).length;
		
	//1.(n - 1) & hash：是計算當前元素的具體index值，讓指針p指向這個位置
	if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)//表示當前index位置沒有存儲
		//創建結點，放入該元素
		tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
	//當前index位置（坑位）被佔了	
	else {
		Node<K,V> e; K k;
		//2.判斷當前key是否已經存在
		if (p.hash == hash &&
			((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))//當前key已存在
			e = p;//替換舊值
		//當前key不存在	
		//3.判斷是否是紅黑樹
		else if (p instanceof TreeNode)
			//如果是紅黑樹，那麼往樹裏插入元素（左旋、右旋等）
			e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
		else {
			//4.不是紅黑樹，那麼就遍歷當前鏈表
			for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
				if ((e = p.next) == null) {//尾節點
					p.next = newNode(hash, key, value, null);//創建結點並加到鏈表尾部
					//TREEIFY_THRESHOLD-1默認是8，當鏈表長度>=8時，將鏈表轉化爲紅黑樹
					if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st
						treeifyBin(tab, hash);//轉化爲紅黑樹
					break;
				}
				//判斷是否有重複的元素
				if (e.hash == hash &&
					((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
					break;
				p = e;
			}
		}
		
		//替換舊值
		if (e != null) { // existing mapping for key
			V oldValue = e.value;
			if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
				e.value = value;
			afterNodeAccess(e);
			return oldValue;
		}
	}
	//modCount與迭代器，failfast有關
	++modCount;
	//判斷當前hashmap容量是否到達擴容閥值
	if (++size > threshold)
		resize();
	afterNodeInsertion(evict);
	return null;
}

擴容機制

這個方法做了兩件事，初始化和擴容，設置了變量newCap，根據不同的時機，返回不同的Node數組。

• 初始化
• 擴容
  擴容條件：當前hashmap容量是否到達擴容閥值

/*
* 初始化和擴容方法
*/
final Node<K,V>[] resize() {
	Node<K,V>[] oldTab = table;
	//判斷原數組是否爲null
	int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length;
	int oldThr = threshold;
	int newCap, newThr = 0;
	
	//Node數組已經初始化，擴容
	if (oldCap > 0) {
		if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) {//已經達到最大就沒必要在擴容
			threshold = Integer.MAX_VALUE;
			return oldTab;
		}
		else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY &&
				 oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)
			newThr = oldThr << 1; // double threshold--2倍
	}
	
	else if (oldThr > 0) // initial capacity was placed in threshold
		newCap = oldThr;
		
	//進行數組初識化
	else {               // zero initial threshold signifies using defaults
		newCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY;//默認是1>>>>4，爲16
		newThr = (int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY);//默認:0.75*16
	}
	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];
		
		
	//複製數據	
	table = newTab;
	if (oldTab != null) {
		//循環遍歷數組
		for (int j = 0; j < oldCap; ++j) {
			Node<K,V> e;
			//若當前數組位置不爲null有元素
			if ((e = oldTab[j]) != null) {
				oldTab[j] = null;
				if (e.next == null)//當前數組位置元素的next爲null，重新計算位置直接添加
					newTab[e.hash & (newCap - 1)] = e;
				else if (e instanceof TreeNode)//當前數組位置元素的next爲樹節點
					//將老數組的元素split打散，重新分配
					((TreeNode<K,V>)e).split(this, newTab, j, oldCap);
				
				//鏈表
				else { // preserve order
					Node<K,V> loHead = null, loTail = null;
					Node<K,V> hiHead = null, hiTail = null;
					Node<K,V> next;
					do {//do--while循環
						next = e.next;
						//思考:爲什麼不是 e.hash & ( newCap - 1 ) ?
						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) {//添加在原來位置
						loTail.next = null;
						newTab[j] = loHead;
					}
					if (hiTail != null) {//添加在（原來位置+原容量）位置
						hiTail.next = null;
						newTab[j + oldCap] = hiHead;
					}
				}
			}
		}
	}
	return newTab;
}

源碼執行圖