HashMap
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1.继承关系
继承自 AbstractMap ,实现了 Map 接口,但是其实有点奇怪的是,明明它们的方法都是一样的,在stackoverflow找到了答案(点击这里跳转)
public class HashMap<K,V> extends AbstractMap<K,V>
implements Map<K,V>, Cloneable, Serializable{}
2.几个变量
// 默认容量,容量必须是2的幂
static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; // aka 16
// 最大容量
static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;
// 加载因子,当容量>Capacity*load_factor时进行扩容
static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;
// 桶转换为树的阈值
static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8;
// 转换为桶的阈值
static final int UNTREEIFY_THRESHOLD = 6;
// 树化容量阈值。为了避免进行扩容、树形化选择的冲突,这个值不能小于 4 * TREEIFY_THRESHOLD
static final int MIN_TREEIFY_CAPACITY = 64;
3.resize
关键在于e.hash & oldCap== 0表明在数组中索引位置index没有变,比较容易推导
index == e.hash&(oldCap-1) == e.hash&(2*oldCap-1)成立
(oldCap-1)^(2*oldCap-1)==oldCap
推导出=》e.hash & oldCap== 0
final Node<K,V>[] resize() {
//前面这部分比较简单,数组为空建个默认的,不为空看扩容后是否超过最大长度,进行扩容,重置数组,0阈值,大小
Node<K,V>[] oldTab = table;
int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length;
int oldThr = threshold;
int newCap, newThr = 0;
if (oldCap > 0) {
if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) {
threshold = Integer.MAX_VALUE;
return oldTab;
}
else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY &&
oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)
newThr = oldThr << 1; // double threshold
}
else if (oldThr > 0) // initial capacity was placed in threshold
newCap = oldThr;
else { // zero initial threshold signifies using defaults
newCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY;
newThr = (int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY);
}
if (newThr == 0) {
float ft = (float)newCap * loadFactor;
newThr = (newCap < MAXIMUM_CAPACITY && ft < (float)MAXIMUM_CAPACITY ?
(int)ft : Integer.MAX_VALUE);
}
threshold = newThr;
@SuppressWarnings({"rawtypes","unchecked"})
//扩容后进行数组迁移
Node<K,V>[] newTab = (Node<K,V>[])new Node[newCap];
table = newTab;
if (oldTab != null) {
for (int j = 0; j < oldCap; ++j) {
Node<K,V> e;
if ((e = oldTab[j]) != null) {
oldTab[j] = null;
if (e.next == null)
// 只有头结点就放到新位置
newTab[e.hash & (newCap - 1)] = e;
else if (e instanceof TreeNode)
// 树的话,跟链表一样根据 (e.hash & bit) == 0 拆成两条,小于退化阈值变链表,大于变树,再分别放到index位置上
((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;
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;
}
4.put
像 afterNode*** 这种方法都是为LinkedHashMap预留的,HashMap里的实现都是空的
/**
* Implements Map.put and related methods.
*
* @param hash hash for key
* @param key the key
* @param value the value to put
* @param onlyIfAbsent 为true 不改变现有值
* @param evict flase 是创建模式
* @return previous value, or null if none
*/
final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,
boolean evict) {
Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, i;
// 如果数组为空,就初始化一下,n是数组长度
if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
n = (tab = resize()).length;
// 如果key hash值的链表头结点是空,那么新建一个
if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
else {
Node<K,V> e; K k;
// 如果这是个链表并且key不为空,且头结点p等于传入的key值
if (p.hash == hash &&
((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
e = p;
// 否则 p 是个红黑树,使用红黑树putval
else if (p instanceof TreeNode)
e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
else {
// 到这里说明是链表但不是头结点,那就循环找key相等的节点,binCount记录的是链表长度
for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
// 找到结尾都还没找到,那就新加一个节点
if ((e = p.next) == null) {
p.next = newNode(hash, key, value, null);
// 链表长度再长就要到阈值了,得转换成树
if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st
treeifyBin(tab, hash);
break;
}
if (e.hash == hash &&
((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
break;
// 跟e = p.next配合,链表向后遍历
p = e;
}
}
// 当找到的节点不为空是,看是否需要替换当前值
if (e != null) { // existing mapping for key
V oldValue = e.value;
if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
e.value = value;
afterNodeAccess(e);
return oldValue;
}
}
// 操作数+1,据此判断是否有并发操作风险
++modCount;
if (++size > threshold)
resize();
afterNodeInsertion(evict);
return null;
}
其中值得注意的是treeifyBin()方法,将链表转换为红黑树,需要再详细了解 TreeNode.putTreeVal()看一下实现
4.1.treeifyBin()
/**
* Replaces all linked nodes in bin at index for given hash unless
* table is too small, in which case resizes instead.
*/
final void treeifyBin(Node<K,V>[] tab, int hash) {
int n, index; Node<K,V> e;
// 如果数组为空或者数组没到成树条件,只扩容大小
if (tab == null || (n = tab.length) < MIN_TREEIFY_CAPACITY)
resize();
// 找到当前链表,如果不为,那就先把头结点转换为TreeNode,然后维护一个头结点hd跟尾节点tl
else if ((e = tab[index = (n - 1) & hash]) != null) {
TreeNode<K,V> hd = null, tl = null;
do {
TreeNode<K,V> p = replacementTreeNode(e, null);
if (tl == null)
hd = p;
// 其实操作下来就是把整个链表转换为了TreeNode的双向链表
else {
p.prev = tl;
tl.next = p;
}
tl = p;
} while ((e = e.next) != null);
// 到这里我们发现,其实还没转换成红黑树,继续看treeify函数
if ((tab[index] = hd) != null)
hd.treeify(tab);
}
}
4.2.TreeNode.treeify()
为什么要先把单链表转换为双向链表再转红黑树呢,我理解是由于TreeNode维护了父子节点的双向关系,以便更容易在各种操作中寻找父节点,而父->左/右子节点,子->父节点的双向关系跟双向链表是相似的,那么就只用构造树形结构了
/**
* Forms tree of the nodes linked from this node.
*/
final void treeify(Node<K,V>[] tab) {
// 新建一颗树
TreeNode<K,V> root = null;
for (TreeNode<K,V> x = this, next; x != null; x = next) {
//遍历链表,还要把x择干净
next = (TreeNode<K,V>)x.next;
x.left = x.right = null;
// 树要是空的就把x设为根,涂黑
if (root == null) {
x.parent = null;
x.red = false;
root = x;
}
else {
// 要是已经存在根节点了,下面就跟红黑树的插入有点相似了
K k = x.key;
int h = x.hash;
Class<?> kc = null;
// 从根节点开始比较,先比较hash值
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;
// 要是hash值相等,在用key的compare方法,还是相等只能tieBreakOrder再比较了,反正不能相等,不然没法二叉树了
else if ((kc == null &&
(kc = comparableClassFor(k)) == null) ||
(dir = compareComparables(kc, k, pk)) == 0)
dir = tieBreakOrder(k, pk);
TreeNode<K,V> xp = p;
//一直要找到叶子节点再把x插入
if ((p = (dir <= 0) ? p.left : p.right) == null) {
x.parent = xp;
if (dir <= 0)
xp.left = x;
else
xp.right = x;
// 再调整红黑树
root = balanceInsertion(root, x);
break;
}
}
}
}
// 多次调整后,根是哪个节点是不确定的,但是为了tab[N]为根节点,一定要把根节点作为链表头结点
moveRootToFront(tab, root);
}
4.3.TreeNode.putTreeVal()
这个跟红黑树的插入是相似的,不过还是要跟treeify()一样吧根节点设为链表的头节点
5.get
get方法比较简单,只要找不到返回null就完事了,而且不涉及数据结构的变更
public V get(Object key) {
Node<K,V> e;
return (e = getNode(hash(key), key)) == null ? null : e.value;
}
/**
* Implements Map.get and related methods.
*
* @param hash hash for key
* @param key the key
* @return the node, or null if none
*/
final Node<K,V> getNode(int hash, Object key) {
Node<K,V>[] tab; Node<K,V> first, e; int n; K k;
// 当时数组不为空,且长度>0s时候,并且hash取模有元素
if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 &&
(first = tab[(n - 1) & hash]) != null) {
//要是第一个直接返回第一个节点
if (first.hash == hash && // always check first node
((k = first.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
return first;
// 有后续节点不为空
if ((e = first.next) != null) {
// 要是第一个节点是树节点,就从树节点里取
if (first instanceof TreeNode)
return ((TreeNode<K,V>)first).getTreeNode(hash, key);
// 链表的话就循环遍历,没有那只能返回null了
do {
if (e.hash == hash &&
((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
return e;
} while ((e = e.next) != null);
}
}
return null;
}
4.1.TreeNode.getTreeNode
红黑树作为一颗平衡二叉树,我们很容易根据hash值的大小来搜索指定的节点,没有则返回null
/**
* Finds the node starting at root p with the given hash and key.
* The kc argument caches comparableClassFor(key) upon first use
* comparing keys.
*/
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;
// 小于走左子树,大于走右子树,等于直接返回当前节点
if ((ph = p.hash) > h)
p = pl;
else if (ph < h)
p = pr;
// hash相等,并且地址或equals相等,就是这个节点了
else if ((pk = p.key) == k || (k != null && k.equals(pk)))
return p;
// hash相等但是不equals,这个时候,当前树为空走另一边
else if (pl == null)
p = pr;
else if (pr == null)
p = pl;
// 都不为空,则通过compare方法来比较大小,决定走那边子树,继续递归的去比较
else if ((kc != null ||
(kc = comparableClassFor(k)) != null) &&
(dir = compareComparables(kc, k, pk)) != 0)
p = (dir < 0) ? pl : pr;
else if ((q = pr.find(h, k, kc)) != null)
return q;
else
p = pl;
} while (p != null);
// 没找到相应节点就返回null
return null;
}
/**
* Calls find for root node.
*/
final TreeNode<K,V> getTreeNode(int h, Object k) {
return ((parent != null) ? root() : this).find(h, k, null);
}
6.remove
// matchValue 为ture 时,要key跟value都相等才删除,经常用在Entry的删除上
matchValue
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;
// 数组不为空,并且头结点不为空,才能删除,否则返回null了
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;
// 比较相等,hash+equals都成立,那就找到了,就是头结点P
if (p.hash == hash &&
((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
node = p;
else if ((e = p.next) != null) {
// 如果p还有下个节点,并且整个是个红黑树,那就用红黑树的查找节点的方法
if (p instanceof TreeNode)
node = ((TreeNode<K,V>)p).getTreeNode(hash, key);
// 是链表的话就一直next找下一个
else {
do {
if (e.hash == hash &&
((k = e.key) == key ||
(key != null && key.equals(k)))) {
node = e;
break;
}
p = e;
} while ((e = e.next) != null);
}
}
//只有找到了节点,并且,如果是匹配值删除value也相等,才会删除
if (node != null && (!matchValue || (v = node.value) == value ||
(value != null && value.equals(v)))) {
// 红黑树调用红黑树的删除方法,其中,如果红黑树满足条件则进行退化成链表
if (node instanceof TreeNode)
((TreeNode<K,V>)node).removeTreeNode(this, tab, movable);
// 如果是头结点,直接数组指向下一个节点
else if (node == p)
tab[index] = node.next;
else
// 跳过node指向下一个
p.next = node.next;
++modCount;
--size;
// 为子类预留的方法,在LinkedHashMap中,实现了双向链表的删除操作
afterNodeRemoval(node);
return node;
}
}
return null;
}
本文详细介绍了HashMap的内部机制,包括其继承关系、关键变量、resize扩容方法、put操作以及树化过程。在resize时,通过特定条件保持索引位置不变,避免了不必要的数据移动。在put过程中,当链表长度达到一定阈值时会转换为红黑树,以提高查找效率。treeifyBin()方法用于将链表转换为红黑树,而TreeNode的相关方法则处理红黑树的插入和查找。get方法则简单高效,直接定位节点返回值。最后,remove方法实现了节点的删除,涉及红黑树的删除操作。
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