HashMap源码分析
本次分析使用的代码为JDK1.8中的HashMap代码。
HashMap可以接受为null的key和value。
由于HashMap中的方法没有加锁，所以HashMap不是线程安全的。
Node类
介绍
- Node类为HashMap中的一个静态内部类，实现了Map.Entry接口。
基本属性
- 与HashTable中的Entry类属性一样，该类中也有hash、key、value、next四个字段。
- hash：存储该Node的hash值。
- key：存储键值。
- value：存储值。
- next：存储Node链表上的下一个结点。
final int hash;
final K key;
V value;
Node<K,V> next;
构造函数
- 构造函数与HashTable中Entry的构造函数类似，为四个属性字段进行赋值。
Node(int hash, K key, V value, Node<K,V> next) {
this.hash = hash;
this.key = key;
this.value = value;
this.next = next;
}
方法
- Node中有getKey()、getValue()、setValue(V newValue)三个操作key和value的方法。
- 重写了hashCode()和equals(Object o)方法。
- hashCode()方法将key的hashCode和value的hashCode进行了异或运算。
- equals方法需要判断key和value同时相同才会返回true，而且对象需要是实现了Map.Entry接口的类。
public final int hashCode() {
return Objects.hashCode(key) ^ Objects.hashCode(value);
}
public final boolean equals(Object o) {
if (o == this)
return true;
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;
}
HashMap类
基本属性
- DEFAULT_INITIAL_CAPACITY的值为16，代表默认的HashMap中table的大小为16。
- MAXIMUM_CAPACITY：2^30，最大容量值。
- DEFAULT_LOAD_FACTOR：默认负载因子大小，为0.75.
- TREEIFY_THRESHOLD：转换为树的临界值，当HashMap中链表的长度超过这个值时，就会自动转换为红黑树。
- table：存储HashMap中Node的数组，也就是桶的数组。
- size：键值对的数目。
- threshold：临界值，默认初始化后为容量与负载因子的乘积。
- loadFactor：负载因子。
static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4;
static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;
static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;
static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8;
transient Node<K,V>[] table;
transient Set<Map.Entry<K,V>> entrySet;
transient int size;
int threshold;
final float loadFactor;
方法
hash()方法
- HashMap中的hash方法，若key为null，则返回0，否则返回的key的hash值与其向右无符号移16位的值的异或值。
static final int hash(Object key) {
int h;
return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
}
put(K key, V value)方法
- put方法调用了putVal方法。
- putVal方法中有五个参数，分为为key的hash值，key，value，以及onlyIfAbsent和evict。当onlyIfAbsent为true时，不修改已经存在的value，当evict为false时，这个table在创建模式。
- 第一个if语句判断table是否进行了初始化，若没有进行初始化，则调用resize()方法进行初始化，将容量和负载因子都赋值为默认值。
- 接着取下标为(n - 1) & hash的table值，若为null，则代表是第一个，赋值为一个新的Node。
- 若下标为(n - 1) & hash的table值不为null，则判断key是否与该结点的key相同，如果相同，则保存当前结点到一个临时结点e。
- 如果上述都为false，则接着判断第一个结点是不是TreeNode，若为TreeNode，则调用putTreeVal方法。
- 若上述都为false，则对该链表进行遍历，找寻key相同的Node，如果没有则在链表尾部新增一个Node，并判断链表长度是否超过8，若超过了8，则将链表转化为红黑树。若找到key相同的结点，则将旧值进行替换并返回旧值。
- 若是在上一步新增了结点，则将size加1，并判断是否超过临界值，若超过则进行加倍扩容。
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;
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)
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);
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;
}
get(Object key)方法
- 当该key结点不存在时，返回null，否则调用getNode方法。
- 如果该key所在结点为链表的头结点，那么就直接返回头结点。
- 如果不是头结点，那么遍历这个链表，首先判断结点是否为红黑树结点，若是，则调用getTreeNode方法，查看该key值的红黑树结点。
若不是红黑树结点则遍历链表，直到找到这个结点或者遍历完毕，找到则返回该结点，否则返回null。
public V get(Object key) {
Node<K,V> e;
return (e = getNode(hash(key), key)) == null ? null : e.value;
}
final Node<K,V> getNode(int hash, Object key) {
Node<K,V>[] tab; Node<K,V> first, e; int n; K k;
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) {
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;
}
resize()
本方法用来初始化table或者将table的容量扩大一倍。
/**
* 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() {
// 保存旧的hashtable
Node<K,V>[] oldTab = table;
// 获取hashtable的长度和门限值
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;
}
// 进行两倍扩容，容量和门限值都加倍
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
// 进行初始化
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"})
// 初始化新的table数组
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;
// 若oldTab头结点不为空
if ((e = oldTab[j]) != null) {
oldTab[j] = null;
// 若只有一个头结点，后面没有链表，则直接将久的头结点赋值给新的table上
if (e.next == null)
newTab[e.hash & (newCap - 1)] = e;
// 若头结点为红黑树结点，调用红黑树方法操作
else if (e instanceof TreeNode)
((TreeNode<K,V>)e).split(this, newTab, j, oldCap);
// 头结点后有链表
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;
// 使用e.hash & oldCap，将链表结点分为lo和hi两类
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);
// 第一类lo结点置于新的table的原先相同的位置
if (loTail != null) {
loTail.next = null;
newTab[j] = loHead;
}
// 第二类hi结点置于新的table的原来位置加oldCap的位置
if (hiTail != null) {
hiTail.next = null;
newTab[j + oldCap] = hiHead;
}
}
}
}
}
return newTab;
}
TreeNode类
介绍
- HashMap类中的一个静态内部类，当链表结点数大于8时，将链表转化为红黑树，这个类就是红黑树的结点类。
- 继承自LinkedHashMap.Entry<K,V>类，而LinkedHashMap.Entry<K,V>类继承自HashMap.Node<K,V>类，所以说其实TreeNode类是上述Node类的子类。
static final class TreeNode<K,V> extends LinkedHashMap.Entry<K,V>
static class Entry<K,V> extends HashMap.Node<K,V>
