From 39388a4aa04bb58ff498316dab0d38f0e48a8e26 Mon Sep 17 00:00:00 2001 From: guide Date: Thu, 25 Feb 2021 15:30:26 +0800 Subject: [PATCH] =?UTF-8?q?Update=20HashMap(JDK1.8)=E6=BA=90=E7=A0=81+?= =?UTF-8?q?=E5=BA=95=E5=B1=82=E6=95=B0=E6=8D=AE=E7=BB=93=E6=9E=84=E5=88=86?= =?UTF-8?q?=E6=9E=90.md?= MIME-Version: 1.0 Content-Type: text/plain; charset=UTF-8 Content-Transfer-Encoding: 8bit --- ...(JDK1.8)源码+底层数据结构分析.md | 162 ++++++++++-------- 1 file changed, 94 insertions(+), 68 deletions(-) diff --git a/docs/java/collection/HashMap(JDK1.8)源码+底层数据结构分析.md b/docs/java/collection/HashMap(JDK1.8)源码+底层数据结构分析.md index 66d6ddaa..03ad0e3e 100644 --- a/docs/java/collection/HashMap(JDK1.8)源码+底层数据结构分析.md +++ b/docs/java/collection/HashMap(JDK1.8)源码+底层数据结构分析.md @@ -1,52 +1,60 @@ - + + + + - [HashMap 简介](#hashmap-简介) - [底层数据结构分析](#底层数据结构分析) - - [JDK1.8之前](#jdk18之前) - - [JDK1.8之后](#jdk18之后) -- [HashMap源码分析](#hashmap源码分析) + - [JDK1.8 之前](#jdk18-之前) + - [JDK1.8 之后](#jdk18-之后) +- [HashMap 源码分析](#hashmap-源码分析) - [构造方法](#构造方法) - - [put方法](#put方法) - - [get方法](#get方法) - - [resize方法](#resize方法) -- [HashMap常用方法测试](#hashmap常用方法测试) + - [put 方法](#put-方法) + - [get 方法](#get-方法) + - [resize 方法](#resize-方法) +- [HashMap 常用方法测试](#hashmap-常用方法测试) + + - > 感谢 [changfubai](https://github.com/changfubai) 对本文的改进做出的贡献！ ## HashMap 简介 -HashMap 主要用来存放键值对，它基于哈希表的Map接口实现，是常用的Java集合之一。 + +HashMap 主要用来存放键值对，它基于哈希表的 Map 接口实现，是常用的 Java 集合之一。 JDK1.8 之前 HashMap 由 数组+链表 组成的，数组是 HashMap 的主体，链表则是主要为了解决哈希冲突而存在的（“拉链法”解决冲突）。 JDK1.8 之后 HashMap 的组成多了红黑树，在满足下面两个条件之后，会执行链表转红黑树操作，以此来加快搜索速度。 - 链表长度大于阈值（默认为 8） -- HashMap数组长度超过64å +- HashMap 数组长度超过 64 ## 底层数据结构分析 -### JDK1.8之前 + +### JDK1.8 之前 + JDK1.8 之前 HashMap 底层是 **数组和链表** 结合在一起使用也就是 **链表散列**。 -HashMap 通过 key 的 hashCode 经过扰动函数处理过后得到 hash 值，然后通过 `(n - 1) & hash` 判断当前元素存放的位置（这里的 n 指的是数组的长度），如果当前位置存在元素的话，就判断该元素与要存入的元素的 hash 值以及 key 是否相同，如果相同的话，直接覆盖，不相同就通过拉链法解决冲突。 +HashMap 通过 key 的 hashCode 经过扰动函数处理过后得到 hash 值，然后通过 `(n - 1) & hash` 判断当前元素存放的位置（这里的 n 指的是数组的长度），如果当前位置存在元素的话，就判断该元素与要存入的元素的 hash 值以及 key 是否相同，如果相同的话，直接覆盖，不相同就通过拉链法解决冲突。 所谓扰动函数指的就是 HashMap 的 hash 方法。使用 hash 方法也就是扰动函数是为了防止一些实现比较差的 hashCode() 方法 换句话说使用扰动函数之后可以减少碰撞。 **JDK 1.8 HashMap 的 hash 方法源码:** -JDK 1.8 的 hash方法 相比于 JDK 1.7 hash 方法更加简化，但是原理不变。 +JDK 1.8 的 hash 方法 相比于 JDK 1.7 hash 方法更加简化，但是原理不变。 - ```java - static final int hash(Object key) { - int h; - // key.hashCode()：返回散列值也就是hashcode - // ^ ：按位异或 - // >>>:无符号右移，忽略符号位，空位都以0补齐 - return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16); - } - ``` -对比一下 JDK1.7的 HashMap 的 hash 方法源码. +```java + static final int hash(Object key) { + int h; + // key.hashCode()：返回散列值也就是hashcode + // ^ ：按位异或 + // >>>:无符号右移，忽略符号位，空位都以0补齐 + return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16); + } +``` + +对比一下 JDK1.7 的 HashMap 的 hash 方法源码. ```java static int hash(int h) { @@ -65,57 +73,60 @@ static int hash(int h) { ![jdk1.8之前的内部结构](https://my-blog-to-use.oss-cn-beijing.aliyuncs.com/2019-7/jdk1.8之前的内部结构.png) -### JDK1.8之后 +### JDK1.8 之后 + 相比于之前的版本，JDK1.8 以后在解决哈希冲突时有了较大的变化。 -当链表长度大于阈值（默认为 8）时，会首先调用 `treeifyBin()`方法，这个方法会根据 HashMap 数组来决定是否转换为红黑树。只有当数组长度大于或者等于 64 的情况下，才会执行转换红黑树操作，以减少搜索时间。否则，就是只是执行 `resize()` 方法对数组扩容。相关源码这里就不贴了，重点关注 `treeifyBin()`方法即可！ +当链表长度大于阈值（默认为 8）时，会首先调用 `treeifyBin()`方法，这个方法会根据 HashMap 数组来决定是否转换为红黑树。只有当数组长度大于或者等于 64 的情况下，才会执行转换红黑树操作，以减少搜索时间。否则，就是只是执行 `resize()` 方法对数组扩容。相关源码这里就不贴了，重点关注 `treeifyBin()`方法即可！ ![](https://oscimg.oschina.net/oscnet/up-bba283228693dae74e78da1ef7a9a04c684.png) **类的属性：** + ```java public class HashMap extends AbstractMap implements Map, Cloneable, Serializable { // 序列号 - private static final long serialVersionUID = 362498820763181265L; + private static final long serialVersionUID = 362498820763181265L; // 默认的初始容量是16 - static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; + static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; // 最大容量 - static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30; + static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30; // 默认的填充因子 static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f; // 当桶(bucket)上的结点数大于这个值时会转成红黑树 - static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8; + static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8; // 当桶(bucket)上的结点数小于这个值时树转链表 static final int UNTREEIFY_THRESHOLD = 6; // 桶中结构转化为红黑树对应的table的最小大小 static final int MIN_TREEIFY_CAPACITY = 64; // 存储元素的数组，总是2的幂次倍 - transient Node[] table; + transient Node[] table; // 存放具体元素的集 transient Set> entrySet; // 存放元素的个数，注意这个不等于数组的长度。 transient int size; // 每次扩容和更改map结构的计数器 - transient int modCount; + transient int modCount; // 临界值 当实际大小(容量*填充因子)超过临界值时，会进行扩容 int threshold; // 加载因子 final float loadFactor; } ``` -- **loadFactor加载因子** - loadFactor加载因子是控制数组存放数据的疏密程度，loadFactor越趋近于1，那么 数组中存放的数据(entry)也就越多，也就越密，也就是会让链表的长度增加，loadFactor越小，也就是趋近于0，数组中存放的数据(entry)也就越少，也就越稀疏。 +- **loadFactor 加载因子** - **loadFactor太大导致查找元素效率低，太小导致数组的利用率低，存放的数据会很分散。loadFactor的默认值为0.75f是官方给出的一个比较好的临界值**。 - - 给定的默认容量为 16，负载因子为 0.75。Map 在使用过程中不断的往里面存放数据，当数量达到了 16 * 0.75 = 12 就需要将当前 16 的容量进行扩容，而扩容这个过程涉及到 rehash、复制数据等操作，所以非常消耗性能。 + loadFactor 加载因子是控制数组存放数据的疏密程度，loadFactor 越趋近于 1，那么 数组中存放的数据(entry)也就越多，也就越密，也就是会让链表的长度增加，loadFactor 越小，也就是趋近于 0，数组中存放的数据(entry)也就越少，也就越稀疏。 + + **loadFactor 太大导致查找元素效率低，太小导致数组的利用率低，存放的数据会很分散。loadFactor 的默认值为 0.75f 是官方给出的一个比较好的临界值**。 + + 给定的默认容量为 16，负载因子为 0.75。Map 在使用过程中不断的往里面存放数据，当数量达到了 16 \* 0.75 = 12 就需要将当前 16 的容量进行扩容，而扩容这个过程涉及到 rehash、复制数据等操作，所以非常消耗性能。 - **threshold** - **threshold = capacity * loadFactor**，**当Size>=threshold**的时候，那么就要考虑对数组的扩增了，也就是说，这个的意思就是 **衡量数组是否需要扩增的一个标准**。 + **threshold = capacity \* loadFactor**，**当 Size>=threshold**的时候，那么就要考虑对数组的扩增了，也就是说，这个的意思就是 **衡量数组是否需要扩增的一个标准**。 -**Node节点类源码:** +**Node 节点类源码:** ```java // 继承自 Map.Entry @@ -158,7 +169,9 @@ static class Node implements Map.Entry { } } ``` + **树节点类源码:** + ```java static final class TreeNode extends LinkedHashMap.Entry { TreeNode parent; // 父 @@ -177,7 +190,9 @@ static final class TreeNode extends LinkedHashMap.Entry { r = p; } ``` -## HashMap源码分析 + +## HashMap 源码分析 + ### 构造方法 HashMap 中有四个构造方法，它们分别如下： @@ -187,18 +202,18 @@ HashMap 中有四个构造方法，它们分别如下： public HashMap() { this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR; // all other fields defaulted } - + // 包含另一个“Map”的构造函数 public HashMap(Map m) { this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR; putMapEntries(m, false);//下面会分析到这个方法 } - + // 指定“容量大小”的构造函数 public HashMap(int initialCapacity) { this(initialCapacity, DEFAULT_LOAD_FACTOR); } - + // 指定“容量大小”和“加载因子”的构造函数 public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) { if (initialCapacity < 0) @@ -212,7 +227,7 @@ HashMap 中有四个构造方法，它们分别如下： } ``` -**putMapEntries方法：** +**putMapEntries 方法：** ```java final void putMapEntries(Map m, boolean evict) { @@ -240,17 +255,22 @@ final void putMapEntries(Map m, boolean evict) { } } ``` -### put方法 -HashMap只提供了put用于添加元素，putVal方法只是给put方法调用的一个方法，并没有提供给用户使用。 -**对putVal方法添加元素的分析如下：** +### put 方法 + +HashMap 只提供了 put 用于添加元素，putVal 方法只是给 put 方法调用的一个方法，并没有提供给用户使用。 + +**对 putVal 方法添加元素的分析如下：** 1. 如果定位到的数组位置没有元素 就直接插入。 -2. 如果定位到的数组位置有元素就和要插入的key比较，如果key相同就直接覆盖，如果key不相同，就判断p是否是一个树节点，如果是就调用`e = ((TreeNode)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value)`将元素添加进入。如果不是就遍历链表插入(插入的是链表尾部)。 +2. 如果定位到的数组位置有元素就和要插入的 key 比较，如果 key 相同就直接覆盖，如果 key 不相同，就判断 p 是否是一个树节点，如果是就调用`e = ((TreeNode)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value)`将元素添加进入。如果不是就遍历链表插入(插入的是链表尾部)。 -ps:下图有一个小问题，来自 [issue#608](https://github.com/Snailclimb/JavaGuide/issues/608)指出：直接覆盖之后应该就会 return，不会有后续操作。参考 JDK8 HashMap.java 658 行。 +说明:下图有两个小问题： -![put方法](https://my-blog-to-use.oss-cn-beijing.aliyuncs.com/2019-7/put方法.png) +- [issue#608](https://github.com/Snailclimb/JavaGuide/issues/608)指出：直接覆盖之后应该就会 return，不会有后续操作。参考 JDK8 HashMap.java 658 行。 +- 当链表长度大于阈值（默认为 8）并且 HashMap 数组长度超过 64 的时候才会执行链表转红黑树的操作，否则就只是对数组扩容。参考 HashMap 的 `treeifyBin()` 方法 + +![ ](https://my-blog-to-use.oss-cn-beijing.aliyuncs.com/2019-7/put方法.png) ```java public V put(K key, V value) { @@ -302,7 +322,7 @@ final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent, } } // 表示在桶中找到key值、hash值与插入元素相等的结点 - if (e != null) { + if (e != null) { // 记录e的value V oldValue = e.value; // onlyIfAbsent为false或者旧值为null @@ -323,21 +343,21 @@ final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent, // 插入后回调 afterNodeInsertion(evict); return null; -} +} ``` -**我们再来对比一下 JDK1.7 put方法的代码** +**我们再来对比一下 JDK1.7 put 方法的代码** -**对于put方法的分析如下：** +**对于 put 方法的分析如下：** -- ①如果定位到的数组位置没有元素 就直接插入。 -- ②如果定位到的数组位置有元素，遍历以这个元素为头结点的链表，依次和插入的key比较，如果key相同就直接覆盖，不同就采用头插法插入元素。 +- ① 如果定位到的数组位置没有元素 就直接插入。 +- ② 如果定位到的数组位置有元素，遍历以这个元素为头结点的链表，依次和插入的 key 比较，如果 key 相同就直接覆盖，不同就采用头插法插入元素。 ```java public V put(K key, V value) - if (table == EMPTY_TABLE) { - inflateTable(threshold); -} + if (table == EMPTY_TABLE) { + inflateTable(threshold); +} if (key == null) return putForNullKey(value); int hash = hash(key); @@ -348,7 +368,7 @@ public V put(K key, V value) V oldValue = e.value; e.value = value; e.recordAccess(this); - return oldValue; + return oldValue; } } @@ -358,7 +378,8 @@ public V put(K key, V value) } ``` -### get方法 +### get 方法 + ```java public V get(Object key) { Node e; @@ -389,8 +410,11 @@ final Node getNode(int hash, Object key) { return null; } ``` -### resize方法 -进行扩容，会伴随着一次重新hash分配，并且会遍历hash表中所有的元素，是非常耗时的。在编写程序中，要尽量避免resize。 + +### resize 方法 + +进行扩容，会伴随着一次重新 hash 分配，并且会遍历 hash 表中所有的元素，是非常耗时的。在编写程序中，要尽量避免 resize。 + ```java final Node[] resize() { Node[] oldTab = table; @@ -409,7 +433,7 @@ final Node[] resize() { } else if (oldThr > 0) // initial capacity was placed in threshold newCap = oldThr; - else { + else { // signifies using defaults newCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY; newThr = (int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY); @@ -433,7 +457,7 @@ final Node[] resize() { newTab[e.hash & (newCap - 1)] = e; else if (e instanceof TreeNode) ((TreeNode)e).split(this, newTab, j, oldCap); - else { + else { Node loHead = null, loTail = null; Node hiHead = null, hiTail = null; Node next; @@ -473,7 +497,9 @@ final Node[] resize() { return newTab; } ``` -## HashMap常用方法测试 + +## HashMap 常用方法测试 + ```java package map; @@ -530,7 +556,7 @@ public class HashMapDemo { for (java.util.Map.Entry entry : entrys) { System.out.println(entry.getKey() + "--" + entry.getValue()); } - + /** * HashMap其他常用方法 */ @@ -547,4 +573,4 @@ public class HashMapDemo { } -``` +``` \ No newline at end of file