Java8 HashMap原始碼解析
阿新 • • 發佈：2018-12-09
前言
Java7中的HashMap和Java8中的HashMap不太一樣，Java7中的HashMap主要是由陣列+連結串列組成的，而Java8中的
HashMap是由陣列+連結串列+紅黑樹組成的，當連結串列的長度超過8個時，就會轉為紅黑樹，降低查詢時的時間複雜度
，從而提高效率。這裡主要分析的是Java8中的HashMap。
使用簡介
在日常開發中，我們在使用HashMap的時候，有以下兩種初始化方式：
1、通過new HashMap()不指定初始值大小；
2、通過new HashMap<>(int initialCapacity)指定初始值大小。
初始化
// 陣列的預設初始容量
static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4;
// 最大容量
static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;
// 預設負載因子（用來控制閾值和容量，當陣列已經存放的容量超過了閾值時，容量會擴大一倍
// 閾值 = 最大容量 * 負載因子）
static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;
// 預設連結串列的最大長度（當連結串列的長度超過8時會被轉換為紅黑樹）
static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8 HashMap#put()
public V put(K key, V value) {
return putVal(hash(key), key, value, false, true);
}static final int hash(Object key) {
int h;
return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
}hash()方法主要是對存入的key值進行判斷，如果為null，則返回0；不為null，則返回key的hash值與hash值無
符號右移16位以後的值進行按位異或的結果（有點繞口）。由此可以看出HashMap的key值可以為null。
final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,
boolean evict) {
Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, i;
// 第一次put值時，會初始化當前陣列長度，如果沒有指定，則預設為16
if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
n = (tab = resize()).length;
// 找到在陣列中對應的下標，如果該位置沒有值，那麼直接初始化一個Node放在此位置
// 由&運算可以確保(n - 1) & hash一定是小於陣列容量
tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
else {
Node<K,V> e; K k;
// 如果key值已經存在，則取出這個節點
if (p.hash == hash &&
((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
e = p;
// 如果當前key值的節點是紅黑樹，則呼叫紅黑樹的插值演算法
else if (p instanceof TreeNode)
e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
else {
// 如果是連結串列，則遍歷連結串列，採用尾插的方式
for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
if ((e = p.next) == null) {
p.next = newNode(hash, key, value, null);
// 如果連結串列的長度大於等於8，則將連結串列轉換為紅黑樹
if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st
treeifyBin(tab, hash);
break;
}
// 如果在連結串列的節點中存在相同的key，則結束迴圈
if (e.hash == hash &&
((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
break;
p = e;
}
}
// 如果存在相同的key值，則重新賦值，並且返回舊值
if (e != null) { // existing mapping for key
V oldValue = e.value;
// 由原始碼可知onlyIfAbsent預設false
if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
e.value = value;
afterNodeAccess(e);
return oldValue;
}
}
++modCount;
// 如果陣列已經容納的長度超過了設定的閾值，則會對該陣列進行擴容，每次擴容是之前長度的兩倍
if (++size > threshold)
resize();
afterNodeInsertion(evict);
// 每一個不同的key值第一次put的時候返回null。
return null;
}HashMap#resize()
resize()方法主要作用是初始化陣列或對陣列進行擴容計算。
final Node<K,V>[] resize() {
// 備份原始陣列
Node<K,V>[] oldTab = table;
// 第一次put值的時候為0
int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length;
// 如果沒有指定初始值大小，第一次put值的時候閾值為0
int oldThr = threshold;
int newCap, newThr = 0;
// 如果陣列不為null且長度不為0，則會
if (oldCap > 0) {
// 如果長度大於等2的30次方，則預設閾值為int的最大值（即2的31次方減1）
if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) {
threshold = Integer.MAX_VALUE;
return oldTab;
}
// 如果將陣列長度擴大一倍後的值小於2的30次方並且陣列之前的長度大於等於2的4次方，則將閾值擴大
// 一倍，否則閾值會在下面的if (newThr == 0)中進行賦值
else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY &&
oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)
// 將閾值擴大一倍
newThr = oldThr << 1; // double threshold
}
// 如果使用new HashMap(int initialCapacity)初始化，則第一次put值時會進入這裡
else if (oldThr > 0) // initial capacity was placed in threshold
newCap = oldThr;
// 如果使用new HashMap()初始化，則第一次put值時會進入這裡
else { // zero initial threshold signifies using defaults
// 預設陣列大小是2的4次方
newCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY;
// 預設負載因子是0.75，即預設閾值為12
newThr = (int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY);
}
// 只有以下兩種情況會進入到if判斷中：
// 1、在使用new HashMap(int initialCapacity)初始化，並且第一次put值的時候
// 2、對陣列進行擴容且陣列的原始長度小於2的4次方的時候
if (newThr == 0) {
// 根據指定的陣列大小和負載因子乘積得到閾值
float ft = (float)newCap * loadFactor;
// 如果陣列大小和閾值都小於2的20次方，則確定閾值
newThr = (newCap < MAXIMUM_CAPACITY && ft < (float)MAXIMUM_CAPACITY ?
(int)ft : Integer.MAX_VALUE);
}
threshold = newThr;
@SuppressWarnings({"rawtypes","unchecked"})
// 用新的陣列大小初始化新的陣列
Node<K,V>[] newTab = (Node<K,V>[])new Node[newCap];
table = newTab;
// 如果是第一次初始化，則直接返回newTab。如果不是則會進行資料的遷移操作
if (oldTab != null) {
// 遍歷陣列
for (int j = 0; j < oldCap; ++j) {
Node<K,V> e;
if ((e = oldTab[j]) != null) {
// 將已經被取出的位置置空
oldTab[j] = null;
// 如果陣列該位置只是單個節點，那麼直接賦值
if (e.next == null)
newTab[e.hash & (newCap - 1)] = e;
// 如果陣列該位置是紅黑樹
else if (e instanceof TreeNode)
((TreeNode<K,V>)e).split(this, newTab, j, oldCap);
// 如果陣列該位置是連結串列，保證原始的循序進行遷移
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;
}由resize()方法可以看出，負載因子決定了陣列的容量和使用程度。
負載因子越大則陣列的填裝密度越高，也就是能容納更多的元素。但是由於陣列插入或刪除元素的時間複雜度O(n)，所以索引的效率會變低。
但是，負載因子越小則陣列中的填裝密度越稀疏，此時會空間的浪費，但是此時索引效率高（用空間換取時間）。
HashMap#get()
相較於put方法，get方法就顯得尤為簡單，因為不再需要關心擴容問題，只需要處理資料的獲取。
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;
// 首先判斷陣列不為null以及長度大於0並且對應位置節點不為null
if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 &&
(first = tab[(n - 1) & hash]) != null) {
// 判斷第一個節點是否滿足條件
if (first.hash == hash && // always check first node
((k = first.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
return first;
// 如果節點的下一個節點不為null
if ((e = first.next) != null) {
// 判斷該節點是否為紅黑樹
if (first instanceof TreeNode)
return ((TreeNode<K,V>)first).getTreeNode(hash, key);
// 遍歷連結串列，判斷是否有滿足條件的節點存在
do {
if (e.hash == hash &&
((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
return e;
} while ((e = e.next) != null);
}
}
return null;
}