常用&核心方法
3 、TreeNode.putTreeVal(…)方法
插入元素到红黑树中的方法。
final TreeNode<K, V> putTreeVal(HashMap<K, V> map, Node<K, V>[] tab,
int h, K k, V v) {
Class<?> kc = null;
// 标记是否找到这个key的节点
boolean searched = false;
// 找到树的根节点
TreeNode<K, V> root = (parent != null) ? root() : this;
// 从树的根节点开始遍历
for (TreeNode<K, V> p = root; ; ) {
// dir=direction,标记是在左边还是右边
// ph=p.hash,当前节点的hash值
int dir, ph;
// pk=p.key,当前节点的key值
K pk;
if ((ph = p.hash) > h) {
// 当前hash比目标hash大,说明在左边
dir = -1;
}
else if (ph < h)
// 当前hash比目标hash小,说明在右边
dir = 1;
else if ((pk = p.key) == k || (k != null && k.equals(pk)))
// 两者hash相同且key相等,说明找到了节点,直接返回该节点
// 回到putVal()中判断是否需要修改其value值
return p;
else if ((kc == null &&
// 如果k是Comparable的子类则返回其真实的类,否则返回null
(kc = comparableClassFor(k)) == null) ||
// 如果k和pk不是同样的类型则返回0,否则返回两者比较的结果
(dir = compareComparables(kc, k, pk)) == 0) {
// 这个条件表示两者hash相同但是其中一个不是Comparable类型或者两者类型不同
// 比如key是Object类型,这时可以传String也可以传Integer,两者hash值可能相同
// 在红黑树中把同样hash值的元素存储在同一颗子树,这里相当于找到了这颗子树的顶点
// 从这个顶点分别遍历其左右子树去寻找有没有跟待插入的key相同的元素
if (!searched) {
TreeNode<K, V> q, ch;
searched = true;
// 遍历左右子树找到了直接返回
if (((ch = p.left) != null &&
(q = ch.find(h, k, kc)) != null) ||
((ch = p.right) != null &&
(q = ch.find(h, k, kc)) != null))
return q;
}
// 如果两者类型相同,再根据它们的内存地址计算hash值进行比较
dir = tieBreakOrder(k, pk);
}
TreeNode<K, V> xp = p;
if ((p = (dir <= 0) ? p.left : p.right) == null) {
// 如果最后确实没找到对应key的元素,则新建一个节点
Node<K, V> xpn = xp.next;
TreeNode<K, V> x = map.newTreeNode(h, k, v, xpn);
if (dir <= 0)
xp.left = x;
else
xp.right = x;
xp.next = x;
x.parent = x.prev = xp;
if (xpn != null)
((TreeNode<K, V>) xpn).prev = x;
// 插入树节点后平衡
// 把root节点移动到链表的第一个节点
moveRootToFront(tab, balanceInsertion(root, x));
return null;
}
}
}
(1)寻找根节点;
(2)从根节点开始查找;
(3)比较hash值及key值,如果都相同,直接返回,在putVal()方法中决定是否要替换value值;
(4)根据hash值及key值确定在树的左子树还是右子树查找,找到了直接返回;
(5)如果最后没有找到则在树的相应位置插入元素,并做平衡;
4、treeifyBin()方法
如果插入元素后链表的长度大于等于8则判断是否需要树化。
final void treeifyBin(Node<K, V>[] tab, int hash) {
int n, index;
Node<K, V> e;
if (tab == null || (n = tab.length) < MIN_TREEIFY_CAPACITY)
// 如果桶数量小于64,直接扩容而不用树化
// 因为扩容之后,链表会分化成两个链表,达到减少元素的作用
// 当然也不一定,比如容量为4,里面存的全是除以4余数等于3的元素
// 这样即使扩容也无法减少链表的长度
resize();
else if ((e = tab[index = (n - 1) & hash]) != null) {
TreeNode<K, V> hd = null, tl = null;
// 把所有节点换成树节点
do {
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);
// 如果进入过上面的循环,则从头节点开始树化
if ((tab[index] = hd) != null)
hd.treeify(tab);
}
}
5、TreeNode.treeify()方法
真正树化的方法。
final void treeify(Node<K, V>[] tab) {
TreeNode<K, V> root = null;
for (TreeNode<K, V> x = this, next; x != null; x = next) {
next = (TreeNode<K, V>) x.next;
x.left = x.right = null;
// 第一个元素作为根节点且为黑节点,其它元素依次插入到树中再做平衡
if (root == null) {
x.parent = null;
x.red = false;
root = x;
} else {
K k = x.key;
int h = x.hash;
Class<?> kc = null;
// 从根节点查找元素插入的位置
for (TreeNode<K, V> p = root; ; ) {
int dir, ph;
K pk = p.key;
if ((ph = p.hash) > h)
dir = -1;
else if (ph < h)
dir = 1;
else if ((kc == null &&
(kc = comparableClassFor(k)) == null) ||
(dir = compareComparables(kc, k, pk)) == 0)
dir = tieBreakOrder(k, pk);
// 如果最后没找到元素,则插入
TreeNode<K, V> xp = p;
if ((p = (dir <= 0) ? p.left : p.right) == null) {
x.parent = xp;
if (dir <= 0)
xp.left = x;
else
xp.right = x;
// 插入后平衡,默认插入的是红节点,在balanceInsertion()方法里
root = balanceInsertion(root, x);
break;
}
}
}
}
// 把根节点移动到链表的头节点,因为经过平衡之后原来的第一个元素不一定是根节点了
moveRootToFront(tab, root);
}
(1)从链表的第一个元素开始遍历;
(2)将第一个元素作为根节点;
(3)其它元素依次插入到红黑树中,再做平衡;
(4)将根节点移到链表第一元素的位置(因为平衡的时候根节点会改变);
6、get方法
get 方法与put有不少地方与之类似,因此分析起来就简单不少。代码如下:
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) {
// 第一个节点即为要找的元素
if (first.hash == hash && // always check first node
((k = first.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
return first;
// 该位置有后序节点(为链表或红黑树)
if ((e = first.next) != null) {
// 若是树节点,说明该位置是红黑树,在红黑树中查找
if (first instanceof TreeNode)
return ((TreeNode<K,V>)first).getTreeNode(hash, key);
// 在链表中遍历查找
do {
if (e.hash == hash &&
((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
return e;
} while ((e = e.next) != null);
}
}
return null;
}
(1)计算key的hash值;
(2)找到key所在的桶及其第一个元素;
(3)如果第一个元素的key等于待查找的key,直接返回;
(4)如果第一个元素是树节点就按树的方式来查找,否则按链表方式查找;
7、TreeNode.getTreeNode(int h, Object k)方法
final TreeNode<K, V> getTreeNode(int h, Object k) {
// 从树的根节点开始查找
return ((parent != null) ? root() : this).find(h, k, null);
}
final TreeNode<K, V> find(int h, Object k, Class<?> kc) {
TreeNode<K, V> p = this;
do {
int ph, dir;
K pk;
TreeNode<K, V> pl = p.left, pr = p.right, q;
if ((ph = p.hash) > h)
// 左子树
p = pl;
else if (ph < h)
// 右子树
p = pr;
else if ((pk = p.key) == k || (k != null && k.equals(pk)))
// 找到了直接返回
return p;
else if (pl == null)
// hash相同但key不同,左子树为空查右子树
p = pr;
else if (pr == null)
// 右子树为空查左子树
p = pl;
else if ((kc != null ||
(kc = comparableClassFor(k)) != null) &&
(dir = compareComparables(kc, k, pk)) != 0)
// 通过compare方法比较key值的大小决定使用左子树还是右子树
p = (dir < 0) ? pl : pr;
else if ((q = pr.find(h, k, kc)) != null)
// 如果以上条件都不通过,则尝试在右子树查找
return q;
else
// 都没找到就在左子树查找
p = pl;
} while (p != null);
return null;
}
总结
本文主要分析了 HashMap 的内部结构,以及最核心的三个方法:put、resize 和 get 方法。小结如下:
HashMap 是散列表的实现,它使用“链表法”处理散列冲突用,并在 JDK 1.8 引入红黑树进一步优化;
内部结构为「数组 + 链表 + 红黑树」;
默认初始化容量为 16,负载因子为 0.75,扩容的阈值为 16 * 0.75 = 12;
当容器中元素的容量大于阈值时,HashMap 会自动扩容为原先的 2 倍。
参考:java死磕系列