深入理解HashMap的扩容机制
Java 7 中Hashmap扩容机制
原文链接：https://www.cnblogs.com/yanzige/p/8392142.html
一、什么时候扩容：
网上总结的会有很多，但大多都总结的不够完整或者不够准确。大多数可能值说了满足我下面条件一的情况。
扩容必须满足两个条件：
1、 存放新值的时候当前已有元素的个数必须大于等于阈值
2、 存放新值的时候当前存放数据发生hash碰撞（当前key计算的hash值换算出来的数组下标位置已经存在值）
二、下面我们看源码，如下：
首先是put()方法
public V put(K key, V value) { //判断当前Hashmap(底层是Entry数组)是否存值（是否为空数组） if (table == EMPTY_TABLE) { inflateTable(threshold);//如果为空，则初始化 } //判断key是否为空 if (key == null) return putForNullKey(value);//hashmap允许key为空 //计算当前key的哈希值 int hash = hash(key); //通过哈希值和当前数据长度，算出当前key值对应在数组中的存放位置 int i = indexFor(hash, table.length); for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) { Object k; //如果计算的哈希位置有值（及hash冲突），且key值一样，则覆盖原值value，并返回原值value if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) { V oldValue = e.value; e.value = value; e.recordAccess(this); return oldValue; } } modCount++; //存放值的具体方法 addEntry(hash, key, value, i); return null; } |
在put()方法中有调用addEntry()方法，这个方法里面是具体的存值，在存值之前还要判断是否需要扩容
void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) { //1、判断当前个数是否大于等于阈值 //2、当前存放是否发生哈希碰撞 //如果上面两个条件否发生，那么就扩容 if ((size >= threshold) && (null != table[bucketIndex])) { //扩容，并且把原来数组中的元素重新放到新数组中 resize(2 * table.length); hash = (null != key) ? hash(key) : 0; bucketIndex = indexFor(hash, table.length); } createEntry(hash, key, value, bucketIndex); } |
如果需要扩容，调用扩容的方法resize()
void resize(int newCapacity) { Entry[] oldTable = table; int oldCapacity = oldTable.length; //判断是否有超出扩容的最大值，如果达到最大值则不进行扩容操作 if (oldCapacity == MAXIMUM_CAPACITY) { threshold = Integer.MAX_VALUE; return; } Entry[] newTable = new Entry[newCapacity]; // transfer()方法把原数组中的值放到新数组中 transfer(newTable, initHashSeedAsNeeded(newCapacity)); //设置hashmap扩容后为新的数组引用 table = newTable; //设置hashmap扩容新的阈值 threshold = (int)Math.min(newCapacity * loadFactor, MAXIMUM_CAPACITY + 1); } |
transfer()在实际扩容时候把原来数组中的元素放入新的数组中
void transfer(Entry[] newTable, boolean rehash) { int newCapacity = newTable.length; for (Entry<K,V> e : table) { while(null != e) { Entry<K,V> next = e.next; if (rehash) { e.hash = null == e.key ? 0 : hash(e.key); } //通过key值的hash值和新数组的大小算出在当前数组中的存放位置 int i = indexFor(e.hash, newCapacity); e.next = newTable[i]; newTable[i] = e; e = next; } } } |
三、总结：
Hashmap的扩容需要满足两个条件：当前数据存储的数量（即size()）大小必须大于等于阈值；当前加入的数据是否发生了hash冲突。
因为上面这两个条件，所以存在下面这些情况
（1）、就是hashmap在存值的时候（默认大小为16，负载因子0.75，阈值12），可能达到最后存满16个值的时候，再存入第17个值才会发生扩容现象，因为前16个值，每个值在底层数组中分别占据一个位置，并没有发生hash碰撞。
（2）、当然也有可能存储更多值（超多16个值，最多可以存26个值）都还没有扩容。原理：前11个值全部hash碰撞，存到数组的同一个位置（虽然hash冲突，但是这时元素个数小于阈值12，并没有同时满足扩容的两个条件。所以不会扩容），后面所有存入的15个值全部分散到数组剩下的15个位置（这时元素个数大于等于阈值，但是每次存入的元素并没有发生hash碰撞，也没有同时满足扩容的两个条件，所以叶不会扩容），前面11+15=26，所以在存入第27个值的时候才同时满足上面两个条件，这时候才会发生扩容现象。
Java 8 中Hashmap扩容机制
一、Java8的扩容机制：
Java8不再像Java7中那样需要满足两个条件，Java8中扩容只需要满足一个条件：当前存放新值（注意不是替换已有元素位置时）的时候已有元素的个数大于等于阈值（已有元素等于阈值，下一个存放后必然触发扩容机制）
注：
（1）扩容一定是放入新值的时候，该新值不是替换以前位置的情况下（说明：put（“name”,"zhangsan"），而map里面原有数据<"name","lisi">，则该存放过程就是替换一个原有值，而不是新增值，则不会扩容）
（2）扩容发生在存放后，即是数据存放后（先存放后扩容），判断当前存入对象的个数，如果大于阈值则进行扩容。
二、背静知识：
Java7中Hashmap底层采用的是Entry对数组，而每一个Entry对又向下延伸是一个链表，在链表上的每一个Entry对不仅存储着自己的key/value值，还存了前一个和后一个Entry对的地址。
Java8中的Hashmap底层结构有一定的变化，还是使用的数组，但是数组的对象以前是Entry对，现在换成了Node对象（可以理解是Entry对，结构一样，存储时也会存key/value键值对、前一个和后一个Node的地址），以前所有的Entry向下延伸都是链表，Java8变成链表和红黑树的组合，数据少量存入的时候优先还是链表，当链表长度大于8，且总数据量大于64的时候，链表就会转化成红黑树，所以你会看到Java8的Hashmap的数据存储是链表+红黑树的组合，如果数据量小于64则只有链表，如果数据量大于64，且某一个数组下标数据量大于8，那么该处即为红黑树。
三、源码：
在jdk7中，当new Hashmap()的时候会对对象进行初始化，而jdk8中new Hashmap()并没有对对象进行初始化，而是在put()方法中通过判断对象是否为空，如果为空通过调用resize()来初始化对象。
public V put(K key, V value) {
return putVal(hash(key), key, value, false, true);
}
/**
* Implements Map.put and related methods
*
* @param hash key值计算传来的下标
* @param key
* @param value
* @param onlyIfAbsent true只是在值为空的时候存储数据，false都存储数据
* @param evict
* @return 返回被覆盖的值，如果没有覆盖则返回null
*/
final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,
boolean evict) {
// 申明entry数组对象tab[]:当前Entry[]对象
Node<K,V>[] tab;
// 申明entry对象p:这里表示存放的单个节点
Node<K,V> p;
// n:为当前Entry对象长度
// i:为当前存放对象节点的位置下标
int n, i;
/**
* 流程判断
* 1、如果当前Node数组(tab)为空，则直接创建(通过resize()创建)，并将当前创建后的长度设置给n
* 2、如果要存放对象所在位置的Node节点为空，则直接将对象存放位置创建新Node，并将值直接存入
* 3、存放的Node数组不为空，且存放的下标节点Node不为空（该Node节点为链表的首节点）
* 1）比较链表的首节点存放的对象和当前存放对象是否为同一个对象，如果是则直接覆盖并将原来的值返回
* 2）如果不是分两种情况
* （1）存储处节点为红黑树node结构，调用方法putTreeVal()直接将数据插入
* （2）不是红黑树，则表示为链表，则进行遍历
* A.如果存入的链表下一个位置为空，则先将值直接存入，存入后检查当前存入位置是否已经大于链表的第8个位置
* a.如果大于,调用treeifyBin方法判断是扩容 还是 需要将该链表转红黑树（大于8且总数据量大于64则转红黑色，否则对数组进行扩容）
* b.当前存入位置链表长度没有大于8，则存入成功，终端循环操作。
* B.如果存入链表的下一个位置有值，且该值和存入对象“一样”，则直接覆盖，并将原来的值返回
* 上面AB两种情况执行完成后，判断返回的原对象是否为空，如果不为空，则将原对象的原始value返回
* 上面123三种情况下，如果没有覆盖原值，则表示新增存入数据，存储数据完成后，size+1,然后判断当前数据量是否大于阈值，
* 如果大于阈值，则进行扩容。
*/
if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
n = (tab = resize()).length;
if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
else {
Node<K,V> e; K k;
if (p.hash == hash &&
((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
e = p;
else if (p instanceof TreeNode)
// 按照红黑树直接将数据存入
e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
else {
for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
if ((e = p.next) == null) {
p.next = newNode(hash, key, value, null);
if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st
treeifyBin(tab, hash);//该方法判断是扩容还是需要将该链表转红黑树
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;
// 如果不是替换数据存入，而是新增位置存入后，则将map的size进行加1，然后判断容量是否超过阈值，超过则扩容
if (++size > threshold)
resize();
afterNodeInsertion(evict);
return null;
}
treeifyBin()方法判断是扩容还是将当前链表转红黑树
/**
* Replaces all linked nodes in bin at index for given hash unless
* table is too small, in which case resizes instead.
* 从指定hash位置处的链表nodes头部开始，全部替换成红黑树结构。
* 除非整个数组对象（Map集合）数据量很小（小于64），该情况下则通过resize()对这个Map进行扩容，而代替将链表转红黑树的操作。
*/
final void treeifyBin(HashMap.Node<K,V>[] tab, int hash) {
int n, index; HashMap.Node<K,V> e;
// 如果Map为空或者当前存入数据n（可以理解为map的size()）的数量小于64便进行扩容
if (tab == null || (n = tab.length) < MIN_TREEIFY_CAPACITY)
resize();
// 如果size()大于64则将正在存入的该值所在链表转化成红黑树
else if ((e = tab[index = (n - 1) & hash]) != null) {
HashMap.TreeNode<K,V> hd = null, tl = null;
do {
HashMap.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);
}
}
四、总结：
（1）Java 8 在新增数据存入成功后进行扩容
（2）扩容会发生在两种情况下（满足任意一种条件即发生扩容）：
a 当前存入数据大于阈值即发生扩容
b 存入数据到某一条链表上，此时数据大于8，且总数量小于64即发生扩容
（3）此外需要注意一点java7是在存入数据前进行判断是否扩容，而java8是在存入数据库在进行扩容的判断。
ConcurrentHashMap知识参考：https://www.cnblogs.com/zerotomax/p/8687425.html
Java8 HashMap扩容可参考：https://blog.csdn.net/goosson/article/details/81029729 （注：该文章中关于Java8 底层数据结构描述不准确，只有当数据量大于64才会有红黑树+链表）
这里补充一下jdk8关于红黑树和链表的知识：
第一次添加元素的时候，默认初期长度为16，当往map中继续添加元素的时候，通过hash值跟数组长度取“与”来决定放在数组的哪个位置，如果出现放在同一个位置的时候，优先以链表的形式存放，在同一个位置的个数又达到了8个（代码是>=7,从0开始，及第8个开始判断是否转化成红黑树），如果数组的长度还小于64的时候，则会扩容数组。如果数组的长度大于等于64的话，才会将该节点的链表转换成树。在扩容完成之后，如果某个节点的是树，同时现在该节点的个数又小于等于6个了，则会将该树转为链表。
