JDK8:HashMap源码解析:newNode方法、Node类

本文详细解析了HashMap中键值对的存储方式,包括Node类的实现细节及其与Map.Entry接口的关系,揭示了HashMap如何通过Node类实现键值对的高效存储。

一、概述

在Map中存储的每一个键值对都是以一个Map.Entry<K,V>的实现对象存储的,Map.Entry是一个接口,不能实例化,所以Map的不同实现类,存储键值对的方式也会有所不同,只要这个键值对的类实现了Map.Entry接口即可。

在HashMap中键值对的存储方式有两种:

其中一种是我们比较熟知的链表存储结构,也就是以HashMap.Node<K,V>类的对象方式存储的, Node类是HashMap的一个静态内部类,实现了 Map.Entry<K,V>接口。在调用put方法创建一个新的键值对时,会调用newNode方法来创建Node对象。

 

二、方法解析

// 该方法很简单,只是调用了Node类的构造函数
Node<K,V> newNode(int hash, K key, V value, Node<K,V> next) {
        return new Node<>(hash, key, value, next);
}

 

我们接下来看下Node类的代码

 

/**
* 该类只实现了 Map.Entry 接口,
* 所以该类只需要实现getKey、getValue、setValue三个方法即可
* 除此之外以什么样的方式来组织数据,就和接口无关了
*/
static class Node<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
        final int hash; // hash值,不可变
        final K key; // 键,不可变
        V value; // 值
        Node<K,V> next; // 下一个节点

        Node(int hash, K key, V value, Node<K,V> next) {
            this.hash = hash;
            this.key = key;
            this.value = value;
            this.next = next;
        }

        // 实现接口定义的方法,且该方法不可被重写
        public final K getKey()        { return key; }
        // 实现接口定义的方法,且该方法不可被重写
        public final V getValue()      { return value; }
        public final String toString() { return key + "=" + value; }

        // 重写父类Object的hashCode方法,且该方法不可被自己的子类再重写
        // 返回:key的hashCode值和value的hashCode值进行异或运算结果
        public final int hashCode() {
            return Objects.hashCode(key) ^ Objects.hashCode(value);
        }

        // 实现接口定义的方法,且该方法不可被重写
        // 设值,返回旧值
        public final V setValue(V newValue) {
            V oldValue = value;
            value = newValue;
            return oldValue;
        }

        /*
         * 重写父类Object的equals方法,且该方法不可被自己的子类再重写
         * 判断相等的依据是,只要是Map.Entry的一个实例,并且键键、值值都相等就返回True
         */
        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;
        }
}

 

三、小贴士

在上一个小节中存在着Objects.equals、Objects.hashCode这种静态方法,其内部实现都特别简单。

以下是截取Objects类中这两个方法的实现。

public static int hashCode(Object o) {
        return o != null ? o.hashCode() : 0;
}

public static boolean equals(Object a, Object b) {
        return (a == b) || (a != null && a.equals(b));
}

最主要的帮助用户节省了空值判断指针相同判断。

 

<think>嗯,用户让我介绍一下JDK8HashMap源码。首先,我得先回想一下HashMap的基本结构。在JDK8之前,HashMap是数组加链表的结构,当哈希冲突较多时,链表会变得很长,查询效率会下降。而JDK8之后,当链表长度超过8时,会转为红黑树,这样查询的时间复杂度就从O(n)变成O(log n)了。这个优化应该是个重点。 接下来,我需要考虑HashMap的几个核心部分:数据结构、哈希计算、put方法、扩容机制、红黑树转换条件等。用户可能对这些部分感兴趣,特别是和之前版本不同的地方,比如红黑树的引入。 然后,数据结构方面,HashMap内部有一个Node数组,每个Node可能是一个链表节点或者树节点。需要解释一下Node的结构,包括hash、key、value、next这些属性。当链表转成树时,会用TreeNode,这可能继承自LinkedHashMap的Entry,但具体的继承关系可能需要查证一下。 哈希计算方面,JDK8的hash方法做了优化,将高位的信息也参与到索引的计算中,减少哈希冲突。具体来说,hashCode()的高16位和低16位进行异或,这样在数组长度较小时,高位的变化也能影响最终的索引位置,减少碰撞。 put方法的流程是关键。当插入一个键值对时,首先计算哈希值,找到数组下标。如果该位置为空,直接插入;如果是链表或树节点,则遍历查找是否存在相同的key,存在则替换,否则添加到链表末尾或树中。当链表长度达到8且数组长度大于等于64时,链表转红黑树,否则进行扩容。这个阈值需要注意,可能用户会问到为什么是8或者64。 扩容机制,也就是resize方法。当元素数量超过容量乘以负载因子时,数组会扩容为原来的两倍。扩容后,原来的节点会重新计算位置,要么在原位置,要么原位置+旧容量。这里可能涉及到高位判断,通过(e.hash & oldCap)是否为0来决定位置。同时,在JDK8中,链表在扩容时会被拆分成两个链表,保持顺序,避免死循环的问题,而JDK7之前可能因为头插法导致死循环。 线程安全方面,HashMap不是线程安全的,多线程环境下可能出现问题,比如数据覆盖、死循环(在JDK7中)等。需要提到ConcurrentHashMap或者使用Collections.synchronizedMap来保证线程安全。 另外,初始容量和负载因子的默认值,初始容量是16,负载因子0.75,这些参数的作用和调整的影响也需要解释一下。比如负载因子高可以减少空间开销,但增加查找成本;负载因子低则相反。 红黑树转换的条件需要明确,链表长度超过8且数组长度至少64才会转换,否则只是扩容。这是为了避免在哈希表还很小的时候,不必要的树化,因为扩容可能更有效。 可能用户还想知道源码中的一些具体实现细节,比如TreeNode的结构,红黑树的插入、删除操作是如何实现的,但可能这部分太深入,需要根据用户的背景决定是否展开。 在解释的时候,需要注意避免过于技术化的术语,用比较易懂的语言,同时结合代码结构,比如putVal方法、resize方法的关键步骤。可能还需要提到modCount用于快速失败机制,迭代器在检测到结构变化时抛出异常。 用户可能的疑问点包括:为什么选择红黑树而不是其他数据结构?为什么阈值是8?扩容为什么是两倍?这些可能需要准备答案,比如红黑树在查询和插入之间取得平衡,阈值8是基于泊松分布统计,两倍扩容是为了保持容量为2的幂,方便位运算计算索引。 总结下来,应该按照数据结构、哈希计算、put流程、扩容机制、树化条件、线程安全等方面来组织回答,重点突出JDK8的改进,比如红黑树的引入和扩容优化。</think>在 JDK8 中,`HashMap` 是一个基于哈希表实现的键值对容器,其源码设计在性能和数据结构上进行了优化(如引入红黑树)。以下是对其核心实现的介绍: --- ### **1. 数据结构** JDK8 的 `HashMap` 使用 **数组 + 链表 + 红黑树** 的复合结构: - **数组(`Node<K,V>[] table`)**:存储链表的头节点或红黑树的根节点。 - **链表(Node)**:解决哈希冲突的基础结构,每个节点存储键值对和下一个节点的引用。 - **红黑树(TreeNode)**:当链表长度超过阈值(默认 8)且数组长度 ≥ 64 时,链表转换为红黑树,提升查询效率。 ```java static class Node<K,V> implements Map.Entry<K,V> { final int hash; // 哈希值 final K key; V value; Node<K,V> next; // 链表的下一个节点 } ``` -- ### **2. 哈希计算** 通过 `hash()` 方法将键的哈希码分散到数组中,减少碰撞: ```java static final int hash(Object key) { int h; // 高16位与低16位异或,增加低位的随机性 return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16); } ``` -- ### **3. `put()` 方法流程** 1. **计算哈希值**:根据 `key` 计算哈希值,确定数组下标 `(n-1) & hash`。 2. **处理空桶**:若目标位置为空,直接插入新节点。 3. **处理冲突**: - **链表**:遍历链表,若 `key` 已存在则更新值,否则添加到链表尾部。 - **红黑树**:调用树的插入方法。 4. **树化检查**:链表长度 ≥ 8 时尝试树化(需数组长度 ≥ 64,否则优先扩容)。 5. **扩容检查**:元素总数超过 `容量 * 负载因子`(默认 0.75)时触发扩容。 --- ### **4. 扩容机制(`resize()`)** - **新容量**:原容量的 2 倍(保持为 2 的幂)。 - **数据迁移**: - 链表节点根据 `(e.hash & oldCap)` 是否为 0 分配到原位置或新位置。 - 红黑树节点会拆分为两个链表,若长度 ≤ 6 则退化为链表。 -- ### **5. 红黑树转换条件** - **链表 → 红黑树**:链表长度 ≥ 8 **且** 数组长度 ≥ 64。 - **红黑树 → 链表**:树节点数 ≤ 6 时退化为链表。 --- ### **6. 关键参数** - **默认初始容量**:16。 - **负载因子(`loadFactor`)**:默认 0.75(平衡空间与时间效率)。 - **扩容阈值**:`容量 * 负载因子`。 - **树化阈值**:链表长度 ≥ 8,数组长度 ≥ 64。 --- ### **7. 线程安全性** `HashMap` **非线程安全**,多线程操作可能导致数据不一致。替代方案: - 使用 `ConcurrentHashMap`。 - 通过 `Collections.synchronizedMap()` 包装。 -- ### **8. 性能优化点** - **红黑树**:避免长链表的低效查询(时间复杂度从 O(n) 优化到 O(log n))。 - **高位异或哈希**:减少哈希碰撞。 - **扩容优化**:避免 JDK7 及之前版本的头插法导致的死循环问题。 -- ### **源码分析示例(简化的 `put()` 流程)** ```java public V put(K key, V value) { return putVal(hash(key), key, value, false, true); } final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent, boolean evict) { Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, i; // 初始化或扩容 if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0) n = (tab = resize()).length; // 计算桶位置 if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null) tab[i] = newNode(hash, key, value, null); // 直接插入 else { // 处理哈希冲突... } // 检查扩容... } ``` --- 通过以上设计,JDK8 的 `HashMap` 在高并发和高负载场景下显著提升了性能,同时保持了合理的空间利用率。
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