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【jdk1.8源码分析】HashMap

时间:2021-03-08 13:09:20      阅读:0      评论:0      收藏:0      [点我收藏+]

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本文参考Java 集合系列10之 HashMap详细介绍(源码解析)和使用示例JDK1.8集合源码阅读

一、HashMap介绍

1.1 前言

Java8的HashMap对之前做了较大的优化,其中最重要的一个优化就是桶中的元素不再唯一按照链表组合,也可以使用红黑树进行存储,总之,目标只有一个,那就是在安全和功能性完备的情况下让其速度更快,提升性能。

1.2 HashMap简介

HashMap 是一个散列表,它存储的内容是键值对(key-value)映射。
HashMap 继承于AbstractMap,实现了Map、Cloneable、java.io.Serializable接口。
HashMap 的实现不是同步的,这意味着它是线程不安全的。它的key、value都可以为null。此外,HashMap中的映射不是有序的。

HashMap 的实例有两个参数影响其性能:“初始容量” 和 “加载因子”。

  • 容量 是哈希表中桶的数量
    • 初始容量 只是哈希表在创建时的容量。
  • 加载因子 是哈希表在其容量自动增加之前可以达到多满的一种尺度。当哈希表中的条目数超出了加载因子与当前容量的乘积时,则要对该哈希表进行 rehash 操作(即重建内部数据结构),从而哈希表将具有大约两倍的桶数。
    • 通常,默认加载因子是 0.75, 这是在时间和空间成本上寻求一种折衷。加载因子过高虽然减少了空间开销,但同时也增加了查询成本(在大多数 HashMap 类的操作中,包括 get 和 put 操作,都反映了这一点)。在设置初始容量时应该考虑到映射中所需的条目数及其加载因子,以便最大限度地减少 rehash 操作次数。如果初始容量大于最大条目数除以加载因子,则不会发生 rehash 操作。

1.3 HashMap的数据结构

技术图片

说明:上图很形象的展示了HashMap的数据结构(数组+链表+红黑树),桶中的结构可能是链表,也可能是红黑树,红黑树的引入是为了提高效率。

二、HashMap源码分析

2.1 类的继承关系

public class HashMap<K,V> extends AbstractMap<K,V> implements Map<K,V>, Cloneable, Serializable

技术图片

可以看到HashMap继承自父类(AbstractMap),实现了Map、Cloneable、Serializable接口。其中:

  • Map接口定义了一组通用的操作;
  • Cloneable接口则表示可以进行拷贝,在HashMap中,实现的是浅层次拷贝,即对拷贝对象的改变会影响被拷贝的对象;
  • Serializable接口表示HashMap实现了序列化,即可以将HashMap对象保存至本地,之后可以恢复状态。

Map接口的说明在【jdk1.8源码分析】总章 中可以找到

2.2 HashMap的成员变量

下面我们先来看一下HashMap里面的成员变量:

//默认初始化map的容量:16
//default initial capacity
static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4;

//map的最大容量:2^30
//maximum_capacity
static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;

//默认的填充因子:0.75,能较好的平衡时间与空间的消耗
//default load factor
static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;

//将链表(桶)转化成红黑树的临界值
//treeify threshold
static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8;

//将红黑树转成链表(桶)的临界值
//ubtreeify threshold
static final int UNTREEIFY_THRESHOLD = 6;

//转变成树的table的最小容量,小于该值则不会进行树化
//min treeify capacity
static final int MIN_TREEIFY_CAPACITY = 64;

//上图所示的数组,长度总是2的幂次
transient Node<K,V>[] table;

//map中的键值对集合
transient Set<Map.Entry<K,V>> entrySet;

//map中键值对的数量
transient int size;

//用于统计map修改次数的计数器,用于fail-fast抛出ConcurrentModificationException
transient int modCount;

//大于该阈值,则重新进行扩容,threshold = capacity(table.length) * load factor
int threshold;

//填充因子
final float loadFactor;

可以看到,HashMap里是以Node节点数组的形式存放数据的,Node数据结构比较简单,这里我们也来看一下:

//Entry接口在笔者的总章里有介绍。
static class Node<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
  // key & value 的 hash值
  final int hash;
  final K key;
  V value;
  //指向下一个节点
  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; }

  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) {
    if (o == this)
      return true;
    // 如果o是Map.Entry接口的实例
    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;
  }
}

由于比较简单,这里就不详细介绍了哈。

2.3 HashMap构造函数

2.3.1 无参数构造函数

// 使用默认的初始容量(16)和默认的填充因子(0.75)构造一个空的HashMap。
public HashMap() {
  //其他成员变量也都是默认的
  this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR;
}

2.3.2 传初始化容量

(建议如果知道要使用的map容量,都使用这种)

// 构造一个具有指定初始容量和默认填充因子(0.75)的空HashMap。
public HashMap(int initialCapacity) {
        this(initialCapacity, DEFAULT_LOAD_FACTOR);
    }

2.3.3 传初始化容量以及填充因子

源码部分

// 构造一个具有指定初始容量和填充因子的空HashMap。
public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {
  if (initialCapacity < 0)
    throw new IllegalArgumentException("Illegal initial capacity: " +
                                       initialCapacity);
  if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY)
    initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY;
  if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor))
    throw new IllegalArgumentException("Illegal load factor: " +
                                       loadFactor);
  this.loadFactor = loadFactor;
  //tableSizeFor()是用来将初始化容量转化大于输入参数且最近的2的整数次幂的数,比如initialCapacity = 7,那么转化后就是8。
  this.threshold = tableSizeFor(initialCapacity);
}

tableSizeFor()

tableSizeFor(),将初始化容量转化大于或等于最接近输入参数的2的整数次幂的数:

static final int tableSizeFor(int cap) {
  int n = cap - 1;
  n |= n >>> 1;
  n |= n >>> 2;
  n |= n >>> 4;
  n |= n >>> 8;
  n |= n >>> 16;
  return (n < 0) ? 1 : (n >= MAXIMUM_CAPACITY) ? MAXIMUM_CAPACITY : n + 1;
}

|是或运算符,比如说0100 | 0011 = 0111>>>是无符号右移,忽略符号位,空位都以0补齐,比如说0100 >>> 2 = 0001,现在来说一下这么做的目的:

首先>>>|的操作的目的就是把n从最高位的1以下都填充为1,以010011为例,010011 >>> 1 = 001001,然后001001 | 010011 = 011011,然后再把011011无符号右移两位:011011 >>> 2 = 000110,然后000110 | 011011 = 011111,后面的4、8、16计算过程就都省去了,int类型为32位,所以计算到16就全部结束了,最终得到的就是最高位及其以下的都为1,这样就能保证得到的结果肯定大于或等于原来的n且为奇数,最后再加上1,那么肯定是:大于且最接近输入值的2的整数次幂的数

? 那么为什么要先cap - 1呢,我们可以先思考以下,如果传进来的本身就是2的整数幂次,比如说01000,10进制是8,那么如果不减,得到的结果就是16,显然不对。所以先减1的目的是cap如果恰好是2的整数次幂,那么返回的也是本身。

合起来得到这个tableSizeFor()方法的目的:返回大于或等于最接近输入参数的2的整数次幂的数。另外,笔者特意回去看了JDK1.7的源码,发现1.7用的是roundUpToPowerOf2()方法,里面用到里了>>以及减操作,性能上来说肯定还1.8的高。

2.3.4 传map转化为HashMap的构造函数

源码部分

// 构造一个具有与指定Map相同的映射关系的新HashMap。 使用默认的加载因子(0.75)和足以将映射保存在指定Map中的初始容量创建HashMap。
public HashMap(Map<? extends K, ? extends V> m) {
  this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR;
  putMapEntries(m, false);
}	

putMapEntries()

//实现Map.putAll和Map构造函数
//evict表示是不是初始化map,false表示是初始化map
final void putMapEntries(Map<? extends K, ? extends V> m, boolean evict) {
  //获取m中键值对的数量
  int s = m.size();
  if (s > 0) {
    if (table == null) {
      //计算map的容量,键值对的数量 = 容量 * 填充因子
      float ft = ((float)s / loadFactor) + 1.0F;
      int t = ((ft < (float)MAXIMUM_CAPACITY) ?
               (int)ft : MAXIMUM_CAPACITY);
      //如果容量大于了阈值,则重新计算阈值。
      if (t > threshold)
        threshold = tableSizeFor(t); // 这个函数在2.3.3中介绍过
    }
    //如果table已经有,且键值对数量大于了阈值,进行扩容
    else if (s > threshold)
      resize(); // 在2.4详细介绍
    for (Map.Entry<? extends K, ? extends V> e : m.entrySet()) {
      K key = e.getKey();
      V value = e.getValue();
      //实现Map.put和相关方法	
      putVal(hash(key), key, value, false, evict);	// 在2.4详细介绍
    }
  }
}

2.4 HashMap中重要方法解析

2.4.1 resize 函数

final Node<K,V>[] resize() {
    // 当前table保存
    Node<K,V>[] oldTab = table;
    // 保存table大小
    int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length;
    // 保存当前阈值 
    int oldThr = threshold;
    int newCap, newThr = 0;
    // 如果之前table大小大于0
    if (oldCap > 0) {
        // 如果之前table大于最大容量
        if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) {
            // 阈值为最大整形
            threshold = Integer.MAX_VALUE;
            return oldTab;
        }
        // 容量翻倍,使用左移,效率更高
        else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY &&
            oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)
            // 阈值翻倍
            newThr = oldThr << 1; // double threshold
    }
    // 之前阈值大于0
    else if (oldThr > 0)
        newCap = oldThr;
    // oldCap = 0并且oldThr = 0,使用缺省值(如使用HashMap()构造函数,之后再插入一个元素会调用resize函数,会进入这一步)
    else {           
        newCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY;
        //阈值 = 默认填充因子 * map的容量
        newThr = (int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY);
    }
    
    // 如果新阈值为0
    if (newThr == 0) {
        // 容量 = 新容量 * 填充因子
        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table
    Node<K,V>[] newTab = (Node<K,V>[])new Node[newCap];
    table = newTab;
    // 之前的table已经初始化过
    if (oldTab != null) {
        // 复制元素,重新进行hash
        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;
                    // 将同一桶中的元素根据(e.hash & oldCap)是否为0进行分割,分成两个不同的链表,完成rehash
                    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;
}

思想分析

可以看到,resize()方法对整个数组以及桶进行了遍历,极其耗费性能,所以再次强调在我们明确知道map要用的容量的时候,使用指定初始化容量的构造函数

在resize前和resize后的元素布局如下:

技术图片

再次强调一下,拆分后的结果不一定是均分,要看你存的值

2.4.2 putVal 函数

final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,
                   boolean evict) {
        //声明了一个局部变量 tab,局部变量 Node 类型的数据 p,int 类型 n,i
        Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, i;
        //首先将当前 hashmap 中的 table(哈希表)赋值给当前的局部变量 tab,然后判断tab 是不是空或者长度是不是 0,实际上就是判断当前 hashmap 中的哈希表是不是空或者长度等于 0
        if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
        //如果是空的或者长度等于0,代表现在还没哈希表,所以需要创建新的哈希表,默认就是创建了一个长度为 16 的哈希表
            n = (tab = resize()).length;
        //将当前哈希表中与要插入的数据位置对应的数据取出来,(n - 1) & hash就是找当前要插入的数据应该在哈希表中的位置,如果没找到,代表哈希表中当前的位置是空的,否则就代表找到数据了, 并赋值给变量 p
        if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
            tab[i] = newNode(hash, key, value, null);//创建一个新的数据,这个数据没有下一条,并将数据放到当前这个位置
        else {//代表要插入的数据所在的位置是有内容的
        //声明了一个节点 e, 一个 key k
            Node<K,V> e; K k;
            if (p.hash == hash && //如果当前位置上的那个数据的 hash 和我们要插入的 hash 是一样,代表没有放错位置
            //如果当前这个数据的 key 和我们要放的 key 是一样的,实际操作应该是就替换值
                ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                //将当前的节点赋值给局部变量 e
                e = p;
            else if (p instanceof TreeNode)//如果当前节点的 key 和要插入的 key 不一样,然后要判断当前节点是不是一个红黑色类型的节点
                e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);//如果是就创建一个新的树节点,并把数据放进去
            else {
                //如果不是树节点,代表当前是一个链表,那么就遍历链表
                for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
                    if ((e = p.next) == null) {//如果当前节点的下一个是空的,就代表没有后面的数据了
                        p.next = newNode(hash, key, value, null);//创建一个新的节点数据并放到当前遍历的节点的后面
                        if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // 重新计算当前链表的长度是不是超出了限制
                            treeifyBin(tab, hash);//超出了之后就将当前链表转换为树,注意转换树的时候,如果当前数组的长度小于MIN_TREEIFY_CAPACITY(默认 64),会触发扩容,我个人感觉可能是因为觉得一个节点下面的数据都超过8 了,说明 hash寻址重复的厉害(比如数组长度为 16 ,hash 值刚好是 0或者 16 的倍数,导致都去同一个位置),需要重新扩容重新 hash
                        break;
                    }
                    //如果当前遍历到的数据和要插入的数据的 key 是一样,和上面之前的一样,赋值给变量 e,下面替换内容
                    if (e.hash == hash &&
                        ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                        break;
                    p = e;
                }
            }
            if (e != null) { //如果当前的节点不等于空,
                V oldValue = e.value;//将当前节点的值赋值给 oldvalue
                if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
                    e.value = value; //将当前要插入的 value 替换当前的节点里面值
                afterNodeAccess(e);
                return oldValue;
            }
        }
        ++modCount;//操作次数加1
        if (++size > threshold)
            resize();//如果当前的 hash表的长度已经超过了当前 hash 需要扩容的长度, 重新扩容,条件是 haspmap 中存放的数据超过了临界值(经过测试),而不是数组中被使用的下标
        afterNodeInsertion(evict);
        return null;
    }

2.4.3 getNode 函 数

final Node<K,V> getNode(int hash, Object key) {
    Node<K,V>[] tab; Node<K,V> first, e; int n; K k;
    // table已经初始化,长度大于0,根据hash寻找table中的项也不为空
    if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 &&
        (first = tab[(n - 1) & hash]) != null) {
        // 桶中第一项(数组元素)相等
        if (first.hash == hash && // always check first node
            ((k = first.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
            return first;
        // 桶中不止一个结点
        if ((e = first.next) != null) {
            // 为红黑树结点
            if (first instanceof TreeNode)
                // 在红黑树中查找
                return ((TreeNode<K,V>)first).getTreeNode(hash, key);
            // 否则,在链表中查找
            do {
                if (e.hash == hash &&
                    ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                    return e;
            } while ((e = e.next) != null);
        }
    }
    return null;
}

2.4.4 get 函数

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;
  //先是判断一通table是否为空以及根据hash找到存放的table数组的下标,并赋值给临时变量
  if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 &&
      (first = tab[(n - 1) & hash]) != null) {
    //总是先检查数组下标第一个节点是否满足key,满足则返回
    if (first.hash == hash &&
        ((k = first.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
      return first;
    //如果第一个与key不相等,则循环查看桶
    if ((e = first.next) != null) {
      //检查是否为树节点,是的话采用树节点的方法来获取对应的key的值
      if (first instanceof TreeNode)
        return ((TreeNode<K,V>)first).getTreeNode(hash, key);
      //do-while循环判断,直到找到为止
      do {
        if (e.hash == hash &&
            ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
          return e;
      } while ((e = e.next) != null);
    }
  }
  return null;
}

可以发现源码作者很喜欢在判断的时候赋值,不知道这个是不是个编程的好习惯。!?(?_?;?

2.4.5 put 函数

public V put(K key, V value) {
  return putVal(hash(key), key, value, false, true);
}

/**
 * Implements Map.put and related methods
 * @param hash key的hash值
 * @param key
 * @param value
 * @param onlyIfAbsent 如果为true,则在有值的时候不会更新
 * @param evict false表示在创建map
 */
final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,
                   boolean evict) {
  Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, i;
  //如果为空,则扩容。注意这里的赋值操作,关系到下面
  if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
    n = (tab = resize()).length;
  //如果tab对应的数组位置为空,则创建新的node,并指向它
  if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
    // newNode方法就是返回Node:return new Node<>(hash, key, value, next);
    tab[i] = newNode(hash, key, value, null); 
  else {
    Node<K,V> e; K k;
    //如果比较hash值和key的值都相等,说明要put的键值对已经在里面,赋值给e
    if (p.hash == hash &&
        ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
      e = p;
    //如果p节点是树节点,则执行插入树的操作
    else if (p instanceof TreeNode)
      e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
    //不是树节点且数组中第一个也不是,则在桶中查找
    else {
      for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
        //找到了最后一个都不满足的话,则在最后插入节点。注意这里的e = p.next,赋值兼具判断都在if里了
        if ((e = p.next) == null) 
          p.next = newNode(hash, key, value, null);
          //之前field说明中的,如果桶中的数量大于树化阈值,则转化成树,第一个是-1
          if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1)
            treeifyBin(tab, hash);
          break;
        }
      	//在桶中找到了对应的key,赋值给e,退出循环
        if (e.hash == hash &&
            ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
          break;
      	//没有找到,则继续向下一个节点寻找
        p = e;
      }
    }
  	//上面循环中找到了e,则根据onlyIfAbsent是否为true来决定是否替换旧值
    if (e != null) {
      V oldValue = e.value;
      if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
        e.value = value;
      //钩子函数,用于给LinkedHashMap继承后使用,在HashMap里是空的
      afterNodeAccess(e);
      return oldValue;
    }
  }
  //修改计数器+1
  ++modCount;
  //实际大小+1, 如果大于阈值,重新计算并扩容
  if (++size > threshold)
    resize();
  //钩子函数,用于给LinkedHashMap继承后使用,在HashMap里是空的
  afterNodeInsertion(evict);
  return null;
}

可以看到真正执行put的是里面的putVal()方法。里面的插入逻辑一步步下来还是很清晰的。

2.4.6 remove 函数

public V remove(Object key) {
  Node<K,V> e;
  //与之前的put、get一样,remove也是调用其他的方法
  return (e = removeNode(hash(key), key, null, false, true)) == null ?
    null : e.value;
}
/**
 * Implements Map.remove and related methods
 *
 * @param hash key的hash值
 * @param key 
 * @param value 与下面的matchValue结合,如果matchValue为false,则忽略value
 * @param matchValue 为true,则判断是否与value相等
 * @param movable 主要跟树节点的remove有关,为false,则不移动其他的树节点
 */
final Node<K,V> removeNode(int hash, Object key, Object value,
                               boolean matchValue, boolean movable) {
  Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, index;
  //老规矩,还是先判断table是否为空之类的逻辑,注意赋值操作
  if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 &&
      (p = tab[index = (n - 1) & hash]) != null) {
    Node<K,V> node = null, e; K k; V v;
    //对下标节点进行判断,如果相同,则赋给临时节点
    if (p.hash == hash &&
        ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
      node = p;
    else if ((e = p.next) != null) {
      //为树节点,则按照树节点的操作来进行查找并返回
      if (p instanceof TreeNode)
        node = ((TreeNode<K,V>)p).getTreeNode(hash, key);
      else {
        //do-while循环查找
        do {
          if (e.hash == hash &&
              ((k = e.key) == key ||
               (key != null && key.equals(k)))) {
            node = e;
            break;
          }
          p = e;
        } while ((e = e.next) != null);
      }
    }
    //如果找到了key对应的node,则进行删除操作
    if (node != null && (!matchValue || (v = node.value) == value ||
                         (value != null && value.equals(v)))) {
      //为树节点,则进行树节点的删除操作
      if (node instanceof TreeNode)
        ((TreeNode<K,V>)node).removeTreeNode(this, tab, movable);
      //如果p == node,说明该key所在的位置为数组的下标位置,所以下标位置指向下一个节点即可
      else if (node == p)
        tab[index] = node.next;
      //否则的话,key在桶中,p为node的上一个节点,p.next指向node.next即可
      else
        p.next = node.next;
      //修改计数器
      ++modCount;
      --size;
      //钩子函数,与上同
      afterNodeRemoval(node);
      return node;
    }
  }
  return null;
}

这里提到里的remove的话,肯定与之联想到的就是其抛出ConcurrentModificationException。举个栗子:

// 并发修改异常
Map<String, Integer> map = new HashMap<>();
map.put("GoddessY", 1);
map.put("Joemsu", 2);
for (String a : map.keySet()) {
  if ("GoddessY".equals(a)) {
    map.remove(a);
  }
}

这里我们再来看一下其在循环过程中抛出该异常的源码(以keySet()为例):

public Set<K> keySet() {
  Set<K> ks;
  return (ks = keySet) == null ? (keySet = new KeySet()) : ks;
}

final class KeySet extends AbstractSet<K> {
  public final Iterator<K> iterator()     { return new KeyIterator(); }
}

final class KeyIterator extends HashIterator implements Iterator<K> {
  public final K next() { return nextNode().key; }
}

abstract class HashIterator {
  //指向下一个节点
  Node<K,V> next;
  //指向当前节点
  Node<K,V> current;
  //迭代前的修改次数
  int expectedModCount;
  //当前下标
  int index;

  HashIterator() {
    //注意这里:将修改计数器值赋给expectedModCount
    expectedModCount = modCount;
    //下面一顿初始化。。。
    Node<K,V>[] t = table;
    current = next = null;
    index = 0;
    //在table数组中找到第一个下标不为空的节点。
    if (t != null && size > 0) {
      do {} while (index < t.length && (next = t[index++]) == null);
    }
  }
  //通过判断next是否为空,来决定是否hasNext()
  public final boolean hasNext() {
    return next != null;
  }
  //这里就是抛出ConcurrentModificationException的地方
  final Node<K,V> nextNode() {
    Node<K,V>[] t;
    Node<K,V> e = next;
    //如果modCount与初始化传进去的modCount不同,则抛出并发修改的异常
    if (modCount != expectedModCount)
      throw new ConcurrentModificationException();
    if (e == null)
      throw new NoSuchElementException();
    //如果一个下标对应的桶空了,则接着在数组里找其他下标不为空的桶,同时赋值给next
    if ((next = (current = e).next) == null && (t = table) != null) {
      do {} while (index < t.length && (next = t[index++]) == null);
    }
    return e;
  }
    
  //使用迭代器的remove不会抛出ConcurrentModificationException异常,原因如下:
  public final void remove() {
    Node<K,V> p = current;
    if (p == null)
      throw new IllegalStateException();
    if (modCount != expectedModCount)
      throw new ConcurrentModificationException();
    current = null;
    K key = p.key;
    removeNode(hash(key), key, null, false, false);
    //注意这里:对expectedModCount重新进行了赋值。所以下次比较的时候还是相同的
    expectedModCount = modCount;
  }
}

2.4.7 treeifyBin 函数

最后我们再来看一下将桶变成红黑树的代码吧,具体的树结构之类的大概会放在TreeMap里讲解,这里不仔细介绍。

final void treeifyBin(Node<K,V>[] tab, int hash) {
  int n, index; Node<K,V> e;
  //这里MIN_TREEIFY_CAPACITY派上了用场,及时单个桶数量达到了树化的阈值,总的容量没到,也不会进行树化
  if (tab == null || (n = tab.length) < MIN_TREEIFY_CAPACITY)
    resize();
  else if ((e = tab[index = (n - 1) & hash]) != null) {
    TreeNode<K,V> hd = null, tl = null;
    do {
      // 返回树节点 return new TreeNode<>(p.hash, p.key, p.value, next);
      TreeNode<K,V> p = replacementTreeNode(e, null);
      //为空说明是第一个节点,作为树的根节点
      if (tl == null)
        hd = p;
      //设置树的前后节点
      else {
        p.prev = tl;
        tl.next = p;
      }
      tl = p;
    } while ((e = e.next) != null);
    //对整棵树进行处理,形成红黑树
    if ((tab[index] = hd) != null)
      hd.treeify(tab);
  }
}

三、总结

下面是一些关于HashMap的特征:

  1. 允许key和value为null
  2. 基本上和Hashtable(已弃用)相似,除了非同步以及键值可以为null
  3. 不能保证顺序
  4. 访问集合的时间与map的容量和键值对的大小成比例
  5. 影响HashMap性能的两个变量:填充因子初始化容量
  6. 通常来说,默认的填充因为0.75是一个时间和空间消耗的良好平衡。较高的填充因为减少了空间的消耗,但是增加了查找的时间
  7. 最好能够在创建HashMap的时候指定其容量,这样能存储效率比使其存储空间不够后自动增长更高。毕竟重新调整耗费性能
  8. 使用大量具有相同hashcode值的key,将降低hash表的表现,最好能实现key的comparable
  9. 注意hashmap是不同步的。如果要同步请使用Map m = Collections.synchronizedMap(new HashMap(...));
  10. 除了使用迭代器的remove方法外其的其他方式删除,都会抛出ConcurrentModificationException.
  11. map通常情况下都是hash桶结构,但是当桶太大的时候,会转换成红黑树,可以增加在桶太大情况下访问效率,但是大多数情况下,结构都以桶的形式存在,所以检查是否存在树节点会增加访问方法的时间

【jdk1.8源码分析】HashMap

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