HashMap结构(JDK 1.8)
public class HashMap<K,V> extends AbstractMap<K,V>
implements Map<K,V>, Cloneable, Serializable {
//重要字段
static class Node<K,V>;
Node<K,V>[] table;
transient int size;
transient int modCount;
int threshold;
final float loadFactor;
...
//重要常量
static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; //16;Node数组的初始化长度
static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;//Node数组的最大长度
static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;//默认加载因子的大小
static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8;//Node链表要多长才转为红黑树
static final int UNTREEIFY_THRESHOLD = 6;
static final int MIN_TREEIFY_CAPACITY = 64;
//重要方法
static final int hash(Object key)
public V get(Object key)
public V put(K key, V value)
final Node<K,V>[] resize()
final void treeifyBin(Node<K,V>[] tab, int hash)
...
}
重要字段
Node<K,V>[] table 与 Node<K,V> node
Map<String, Object> map = new HashMap<String, Object>HashMap();
map.put("name", "huangzp");
map.put("age", 23);
HashMap执行这段代码时,实际是把key和value(比如"age"和"23")封装到Node的对象里面,然后再把Node对象放到Node数组的某个位置去.
static class Node<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
//Node对象的hash值,通过hash(key)方法获得,用于确定Node对象在Node数组里面的位置index((length - 1) & hash)
final int hash;
final K key;
V value;
//当Node对象的hash值一样,即在Node数组中的位置一样,HashMap会把新的Node节点挂到原来的Node节点后面(next指向),形成一个链表,当Node链表超过8个,链表会转成红黑树
Node<K,V> next;
}
Node数组的初始化长度为16,每次扩容变成原来的两倍,即2的n次方
int size
HashMap里面的元素总个数.
int modCount
hashmap被修改的次数
fast-fail hashMap初始化迭代器的时候会把当前的modCount值记下来,然后每次迭代都会把记下来的modCount值和当前的modCount值做比较,如果迭代过程有其他线程修改了map,即改变了modCount的值，那么将抛出ConcurrentModificationException
float loadFactor 与 int threshold
loadFactor 负载因子(默认值是0.75)
threshold HashMap的阈值,threshold = table.length * loadFactor,当size > threshold时,HashMap会resize(扩容,把table的长度扩大一倍)
重要方法
static final int hash(Object key)
static final int hash(Object key) {
int h;
return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
}
hash(key)得到Node的hash值,再通过(length - 1) & hash用于确定Node对象在Node数组里面的位置
public V put(K key, V value)
/**
* 将key 和value关联存储起来,如果key已有其他value关联,则原来的value会被覆盖
*/
public V put(K key, V value) {
return putVal(hash(key), key, value, false, true);
}
/**
* Hash是怎么储存key和value的
*/
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Node数组为空,即第一次put,会初始化Node数组
if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
n = (tab = resize()).length;
//通过(n - 1) & hash计算出key对应的Node数组的下标,找到对应的Node,如果该Node为空,创建一个新Node
//n是Node数组的长度,它是2的n次方, n -1 转成2进制是 000..1111.. 这种形式,用 n -1 和 hash 做与运算,保证算出来的下标不会大于n
if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
else {
//如果刚好Node数组对应的位置已经有Node了, e -- > 我们需要操作的那个节点; p --> 链表上的节点
Node<K,V> e; K k;
//key一样的情况下
if (p.hash == hash &&
((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
e = p;
//如果是红黑树节点
else if (p instanceof TreeNode)
e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
//key不一样的情况下
else {
//遍历Node链表
for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
//如果Node的next为空,即链表上该节点后面没有其他Node了
if ((e = p.next) == null) {
//创建新的node
p.next = newNode(hash, key, value, null);
//当链表元素已经达到7个,加上这个等于8个,链表会转成红黑树
if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st
treeifyBin(tab, hash);
break;
}
//如果已经存在Node的key为key的节点了
if (e.hash == hash &&
((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
break;
//转到下一个Node节点
p = e;
}
}
//如果e不为空,即已经存在key一样的Node了
if (e != null) { // existing mapping for key
V oldValue = e.value;
//把原来的值覆盖
if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
e.value = value;
afterNodeAccess(e);
return oldValue;
}
}
//modCount自增
++modCount;
//如果map的大小已经超过HashMap的阈值了,node数组变为原来的两倍,并且对原来的Node节点进行重新分配
if (++size > threshold)
resize();
afterNodeInsertion(evict);
return null;
}
public V get(Object key)
/**
* 根据key值获取Node节点
*/
public V get(Object key) {
Node<K,V> e;
return (e = getNode(hash(key), key)) == null ? null : e.value;
}
/**
* 如何实现
*
* @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;
//计算出来的下标在Node数组里面的节点不为空
if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 &&
(first = tab[(n - 1) & hash]) != null) {
//第一个元素就找到了
if (first.hash == hash && // always check first node
((k = first.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
return first;
//如果第一个元素找不到
if ((e = first.next) != null) {
if (first instanceof TreeNode)
return ((TreeNode<K,V>)first).getTreeNode(hash, key);
//遍历链表直到找到
do {
if (e.hash == hash &&
((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
return e;
} while ((e = e.next) != null);
}
}
return null;
}
final Node<K,V>[] resize() JDK 1.7
这里先来分析 1.7, JDK1.7是Entry[]数组而不是Node[]数组,实际上他们都差不多
void resize(int newCapacity) {
//如果Entry[]数组已经达到了最大长度,则无法扩容了
Entry[] oldTable = table;
int oldCapacity = oldTable.length;
if (oldCapacity == MAXIMUM_CAPACITY) {
//修改阈值为int的最大值(2^31-1)，这样以后就不会扩容了
threshold = Integer.MAX_VALUE;
return;
}
//初始化一个新的Entry数组
Entry[] newTable = new Entry[newCapacity];
//！！将数据转移到新的Entry数组里
transfer(newTable);
//HashMap的table属性引用新的Entry数组
table = newTable;
//修改阈值
threshold = (int)(newCapacity * loadFactor);
}
void transfer(Entry[] newTable) {
Entry[] src = table;
int newCapacity = newTable.length;
//遍历旧的Entry数组
for (int j = 0; j < src.length; j++) {
//取得旧Entry数组的每个元素
Entry<K,V> e = src[j];
if (e != null) {
src[j] = null;
do {
Entry<K,V> next = e.next;
//重新计算每个元素在数组中的位置
int i = indexFor(e.hash, newCapacity);
//实际上就是把e插入到 newTable[i]中, e的next指向原来的newTable[i]
e.next = newTable[i];
newTable[i] = e;
e = next;
} while (e != null);
}
}
}
为什么说HashMap是线程不安全的
在JDK1.7中,在高并发的情况下,resize之后的Entry链表可能出现死循环的情况.
do {
① Entry<K,V> next = e.next;
② int i = indexFor(e.hash, newCapacity);
③ e.next = newTable[i];
④ newTable[i] = e;
⑤ e = next;
} while (e != null);
假设现有A,B两个线程,A线程执行完第①步后因线程调度被挂起,B线程继续执行,并且执行完毕.执行后的图如下(注意A,B线程操作的都是同一个Node链表)
线程不安全
又轮到A线程执行了,A执行完第一轮的①②③④⑤以后,其示意图如下,最大的变化为newTable[3] = Entry[key = 3](表示key = 3的Entry),这时 e = Entry[key = 7]
线程不安全
然后执行第二轮①②③④⑤,第二轮执行完的变化是Entry[key = 7]被插到了newTable[3] 和Entry[key = 3]之间,这时 e = Entry[key = 3]
线程不安全
转眼间来到了第三轮,这时 e = Entry[key = 3], next = null,意味着这轮执行完这个链表就不会执行了.Entry[key = 3].next = newTable[3] ,即把Entry[key = 3]执向了Entry[key = 7],newTable[3] = Entry[key = 3],把newTable[3]指向了Entry[key = 3]至此,闭环产生,当我们再map.get(11)的时候,就会进入无限的循环
线程不安全
final Node<K,V>[] resize() JDK 1.8
我们再来看JDK1.8的resize(),在1.8中,扩容每次都是 length * 2 ,,而我们的index = hash & (oldCap- 1),扩容后 index = hash & (2*oldCap - 1) = hash & ((oldCap - 1) + oldCap),
oldCap - 1 大概是 000..111这种模式,而(oldCap - 1) + oldCap相比之下多了个1,也就是说相同hash的Node节点,扩容后重新分配的节点,index要么不变,要么多了一个oldCap的距离
//index的Node链表,head只用一次,用来保存第一个Node的信息
Node<K,V> loHead = null, loTail = null;
//多了一个oldCap的index的Node链表
Node<K,V> hiHead = null, hiTail = null;
Node<K,V> next;
do {
//e就是我们旧链表的开始节点,对链表进行遍历
next = e.next;
// 原索引
if ((e.hash & oldCap) == 0) {
if (loTail == null)
loHead = e;
else
loTail.next = e;
loTail = e;
}
// 原索引+oldCap
else {
if (hiTail == null)
hiHead = e;
else
hiTail.next = e;
hiTail = e;
}
} while ((e = next) != null);
// 原索引放到bucket里
if (loTail != null) {
loTail.next = null;
newTab[j] = loHead;
}
// 原索引+oldCap放到bucket里
if (hiTail != null) {
hiTail.next = null;
newTab[j + oldCap] = hiHead;
}
}
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