參考鏈接
- https://blog.csdn.net/tuke_tuke/article/details/51588156
HashMap的繼承關係
HashMap的核心數據結構
一些默認值： table默認容量爲2^4 =16，最大容量爲2^30， load factor 爲0.75f
結構示意圖
HashMap的核心數據結構可以看成是數組+鏈表的結合體。
table是數組，數組元素是Node類型，node節點有指向下一個node節點的指針（實際上是Java中的引用），從而構成鏈表。
結構變化：當單個桶中的node大於等於8時，考慮是否將結構轉變爲紅黑樹（滿足table.length>64），不然的話table擴容兩倍。node鏈表長度小於6時，考慮解開樹結構。
爲何發生結構轉變，因爲紅黑樹的查找效率爲O（logn），而鏈表的查找效率爲O（n）
/**
Objects中的hashcode
* Returns the hash code of a non-{@code null} argument and 0 for
* a {@code null} argument.
*/
public static int hashCode(Object o) {
return o != null ? o.hashCode() : 0;
}
//object 中的hashcode
public native int hashCode();
HashMap核心的數據結構
/**
* Basic hash bin node, used for most entries. (See below for
* TreeNode subclass, and in LinkedHashMap for its Entry subclass.)
*/
static class Node<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
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;
}
public final K getKey() { return key; }
public final V getValue() { return value; }
public final String toString() { return key + "=" + value; }
// jdk 1.8中， hash值是key和value的hashcode的異或
public final int hashCode() {
return Objects.hashCode(key) ^ Objects.hashCode(value);
}
public final V setValue(V newValue) {
V oldValue = value;
value = newValue;
return oldValue;
}
public final boolean equals(Object o) {
// 如果是同一個實例對象
if (o == this)
return true;
// 比較的對象是Map.Entry的實例或者子類實例，在key和value都相等的情況下才相等
if (o instanceof Map.Entry) {
Map.Entry<?,?> e = (Map.Entry<?,?>)o;
if (Objects.equals(key, e.getKey()) &&
Objects.equals(value, e.getValue()))
return true;
}
return false;
}
}
/**
* Entry for Tree bins. Extends LinkedHashMap.Entry (which in turn
* extends Node) so can be used as extension of either regular or
* linked node.
*/
static final class TreeNode<K,V> extends LinkedHashMap.Entry<K,V> {
TreeNode<K,V> parent; // red-black tree links
TreeNode<K,V> left;
TreeNode<K,V> right;
TreeNode<K,V> prev; // needed to unlink next upon deletion
boolean red;
TreeNode(int hash, K key, V val, Node<K,V> next) {
super(hash, key, val, next);
}
/**
* Returns root of tree containing this node.
*/
final TreeNode<K,V> root() {
for (TreeNode<K,V> r = this, p;;) {
if ((p = r.parent) == null)
return r;
r = p;
}
}
get操作
public V get(Object key) {
Node<K,V> e;
return (e = getNode(hash(key), key)) == null ? null : e.value;
}
/**
* Implements Map.get and related methods
*
* @param hash hash for key
* @param key the key
* @return the node, or null if none
*/
final Node<K,V> getNode(int hash, Object key) {
Node<K,V>[] tab;
Node<K,V> first, e;
int n;
K k;
// first = tab[(n - 1) & hash] 找到key值的hash值在table中對應的位置
if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 && (first = tab[(n - 1) & hash]) != null) {
if (first.hash == hash && // always check first node
((k = first.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
return first;
if ((e = first.next) != null) { // 遍歷檢查接下來的節點
if (first instanceof TreeNode)
return ((TreeNode<K,V>)first).getTreeNode(hash, key);
do {
if (e.hash == hash &&
((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
return e;
} while ((e = e.next) != null);
}
}
return null;
}
步驟描述：
- get(key)方法時獲取key的hash值，計算hash&(n-1)得到在鏈表數組中的位置，first=tab[hash&(n-1)],
- 再判斷first的key是否與參數key相等，不等就遍歷後面的鏈表找到相同的key值返回對應的Value值即可
put操作
// 返回值V 與鍵關聯的前一個值，如果沒有鍵的映射，則爲null。
//(null返回也可以指示以前將null與鍵關聯的映射。)與鍵關聯的前一個值，如果沒有鍵的映射，則爲null。
//(null返回也可以指示以前將null與鍵關聯的映射。)
public V put(K key, V value) {
return putVal(hash(key), key, value, false, true);
}
/**
* 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) {
Node<K,V>[] tab;
Node<K,V> p;
int n, i;
if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
n = (tab = resize()).length;
//根據鍵值key計算hash值得到插入的數組索引i，如果當前位置爲空直接插入,p爲該位置上第一個節點
if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
else {
// 處理衝突
Node<K,V> e;
K k;
// 在hash值相同的情況下，第一個節點的key和被put的key相同，原來鍵值對被替換
// e是插入node的前一個值
if (p.hash == hash && ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
e = p;
else if (p instanceof TreeNode) // p樹節點
e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
else {
// 解決鏈表衝突
for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
if ((e = p.next) == null) {
// 新增一個node，直接掛後面
p.next = newNode(hash, key, value, null);
//如果衝突的節點數已經達到8個，看是否需要改變衝突節點的存儲結構
if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st
//tab.length > 64 才進行樹化（樹化衝突的部分），否則只是進行2倍擴容
treeifyBin(tab, hash);
break;
}
if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
break;
p = e;
}
}
if (e != null) { // existing mapping for key
V oldValue = e.value;
if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
e.value = value;
afterNodeAccess(e);
return oldValue;
}
}
++modCount;
if (++size > threshold)
resize();
afterNodeInsertion(evict);
return null;
}
步驟描述：
- 判斷鍵值對數組 tab[] 是否爲空或爲null，否則以默認大小resize()；
- 根據鍵值key計算hash值得到插入的數組索引i，如果tab[i]==null，直接新建節點添加，否則轉入3
- 判斷當前數組中處理hash衝突的方式爲鏈表還是紅黑樹(check第一個節點類型即可),分別處理
resize() 擴容操作
/**
* 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;
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;
@SuppressWarnings({"rawtypes","unchecked"})
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;
}
構造hash表時，如果不指明初始大小，默認大小爲16（即Node數組大小16），如果Node[]數組中的元素達到（填充比*Node.length）重新調整HashMap大小 變爲原來2倍大小
總結
HashMap中，key的hashcode方法和equal方法需要用戶自己進行重寫。因爲在put過程中，key.hashcode() 決定了node在table中的位置。key的equal方法決定了node在鏈表或者是紅黑樹中的位置。
和HashTable的比較：
相同點：
實現原理相同，功能相同，底層都是哈希表結構，查詢速度快，在很多情況下可以互用
不同點：
1、Hashtable是早期提供的接口，HashMap是新版JDK提供的接口。
2、Hashtable繼承Dictionary類，HashMap實現Map接口。
3、Hashtable線程安全，HashMap線程非安全。
4、Hashtable不允許null值，HashMap允許null值。