146_初识Java_HashMap的原理_简单了解
HashMap底层是数组，数组里存储的是链表（单向链表或双向链表【红黑树】）
1、示意图
2、简要摘录源码以便理解
//简要摘录HashMap源码以便理解
public class HashMap<K,V> extends AbstractMap<K,V>
implements Map<K,V>, Cloneable, Serializable {
static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; //默认主数组长度16
static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;//主数组最大长度
static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;//默认加载因子
static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8;
static final int MIN_TREEIFY_CAPACITY = 64;
transient Node<K,V>[] table;//底层主数组
transient int size;//元素的数量
int threshold;//表示数组扩容门槛
final float loadFactor;//运行时加载因子
transient Set<Map.Entry<K,V>> entrySet;
//空构造器
public HashMap() {
this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR; //设置加载因子
}
//带参构造器
public HashMap(int initialCapacity) {
this(initialCapacity, DEFAULT_LOAD_FACTOR);
}
//带参构造器
public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {
this.loadFactor = loadFactor;//设置加载因子
this.threshold = tableSizeFor(initialCapacity);//比它大的最近的2的幂
}
public V put(K key, V value) {
return putVal(hash(key), key, value, false, true);
}
//计算key的哈希值 并二次散列
static final int hash(Object key) {
int h;
//二次散列
return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
}
final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,
boolean evict) {
Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, i;
if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
n = (tab = resize()).length;//首次添加，初始化主数组 长度n=16
//求余hash%n，计算存放位置下标i，该位置值取出赋给p
if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null) //如果p为null
tab[i] = newNode(hash, key, value, null);//封装为对象后赋给该下标
else {
//如果p不为null，即该下标已有数据
Node<K,V> e; K k;
//如果p的hash与key都与新值相同(出现哈希碰撞)
if (p.hash == hash &&
((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
e = p;//p赋给e
else if (p instanceof TreeNode)
e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
else {
//遍历链表
for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
//尾插法
if ((e = p.next) == null) {//如果没有下一个即是最后一个
p.next = newNode(hash, key, value, null);//封装为对象 赋给最后一个的next
//如果链表长度大于等于7 （8-1）
if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st
treeifyBin(tab, hash);//扩容并重新安放各个元素
break;
}
//如果下一个的hash与key都与新值相同(出现哈希碰撞)
if (e.hash == hash &&
((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
break;//中断遍历 去更新值
p = e;//继续下一个
}
}
if (e != null) { // existing mapping for key
V oldValue = e.value;//保存旧值
if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
e.value = value;//更新为新值
afterNodeAccess(e);
return oldValue;//返回旧值
}
}
++modCount;
//集合元素数量加一，如果数量达到扩容门槛
if (++size > threshold)
resize();//扩容
return null;
}
final Node<K,V>[] resize() {
Node<K,V>[] oldTab = table;
int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length;
int oldThr = threshold;
int newCap, newThr = 0;
//如果旧容量大于0 非首次添加
if (oldCap > 0) {
//如果旧容量大于最大容量
if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) {
threshold = Integer.MAX_VALUE; 扩容门槛设为int最大值
return oldTab;//返回传入的旧主数组 即不再进行后续扩容
}//新容量取旧容量的2倍 32，如果旧容量大于或等于16，新扩容门槛取旧扩容门槛的2倍 24
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 {
//首次添加时,取默认初始数组容量 16
newCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY;
//默认加载因子计算扩容门槛 12
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;//设置扩容门槛
@SuppressWarnings({"rawtypes","unchecked"})
Node<K,V>[] newTab = (Node<K,V>[])new Node[newCap];//初始化主数组 长度为newCap
table = newTab;
if (oldTab != null) {//如果旧主数组不为空
for (int j = 0; j < oldCap; ++j) {//遍历旧主数组
Node<K,V> e;
if ((e = oldTab[j]) != null) {//如果该位置有值
oldTab[j] = null;
if (e.next == null)//如果该位置链表下一个为空 即该位置是链表只有一个节点
newTab[e.hash & (newCap - 1)] = e;// 求余hash%newCap 取新数组的下标 将链表赋给新数组的该下标位置
else if (e instanceof TreeNode)
((TreeNode<K,V>)e).split(this, newTab, j, oldCap);
else { // preserve order
//如果下一个存在，即链表有多个节点
Node<K,V> loHead = null, loTail = null;
Node<K,V> hiHead = null, hiTail = null;
Node<K,V> next;
do {
next = e.next;//取链表下一节点赋给next
//根据hash把链表节点分为低区、高区2部分
if ((e.hash & oldCap) == 0) {//坐落在低区
if (loTail == null)
loHead = e;//低区链表的头节点
else
loTail.next = e;
loTail = e;
}
else {
//坐落在高区
if (hiTail == null)
hiHead = e;//高区链表的头节点
else
hiTail.next = e;
hiTail = e;
}
} while ((e = next) != null);
if (loTail != null) {//如果有坐落在低区的节点
loTail.next = null;//尾部截断
newTab[j] = loHead;//低区链表头结点放到j位
}
if (hiTail != null) {//如果有坐落在高区的节点
hiTail.next = null;//尾部截断
newTab[j + oldCap] = hiHead;//高区链表头结点放到j+oldCap位
}
}
}
}
}
return newTab;
}
final void treeifyBin(Node<K,V>[] tab, int hash) {
int n, index; Node<K,V> e;
//如果底层数组为null或长度小于 64
if (tab == null || (n = tab.length) < MIN_TREEIFY_CAPACITY)
resize();//扩容数组
else if ((e = tab[index = (n - 1) & hash]) != null) {
TreeNode<K,V> hd = null, tl = null;
do {
//替换为红黑树
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);
if ((tab[index] = hd) != null)
hd.treeify(tab);
}
}
}
3、总结
- HashMap底层是数组，数组里存储的是链表（单向链表或红黑树）
- 底层数组默认初始长度16，默认加载因子0.75，则默认扩容门槛12
- 底层数组的扩容是成倍进行的16、32、64、128…
- 扩容触发条件：存入数据数量达到扩容门槛，或 链表长度超7且数组长度小于64时
- 链表长度小于7时，是单向链表，达到7且数组长度大于64时，会转变为红黑树
4、加载因子为何是0.75
- 综合考虑查询效率及空间利用率的结果
- 假设加载因子设为1：即装满才扩容，空间充分使用，利用率高，但哈希碰撞概率提高了，容易产生链表，链表越多，查询效率就低。
- 假设加载因子设为0.5：即装一半就扩容，空间利用率不高，哈希碰撞概率降低了，不容易产生链表，查询效率高
-综上，取中间值0.75，均衡查询效率及空间利用率
5、主数组长度为什么要为2的n次幂
- 数组下标计算：i = (tab.length- 1) & hash
数组长度为2的n次幂，则数组长度-1，的二进制形式后面均为1，此时
(tab.length- 1) & hash 等价于hash%tab.length，是集合[0-tab.length) - 防止哈希冲突
6、备忘：取离cap最近的2的幂
//获取比cap大的最近的2的幂
static final int tableSizeFor(int cap) {
int n = cap - 1;
n |= n >>> 1;//等价于 n = n | (n >>> 1) 即二进制格式低位全部置1，
n |= n >>> 2;
n |= n >>> 4;
n |= n >>> 8;
n |= n >>> 16;
return (n < 0) ? 1 : n + 1;
}
-
举例数字8，其二进制格式变化过程如下图：其结果位原数字低位全部置1，公式最后又加了1，所以最终结果为大于自己的最近的2的幂 16