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转:JDK7 与 JDK8 中 HashMap 的实现

转:JDK7 与 JDK8 中 HashMap 的实现

作者: 琦小虾 | 来源:发表于2018-09-03 07:38 被阅读0次

    转载自 Hosee 的文章 《JDK7与JDK8中HashMap的实现》


    1. JDK7中的HashMap

    HashMap底层维护一个数组,数组中的每一项都是一个Entry。

    transient Entry<K,V>[] table;
    

    我们向 HashMap 中所放置的对象实际上是存储在该数组当中;

    而Map中的key,value则以Entry的形式存放在数组中

    static class Entry<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
            final K key;
            V value;
            Entry<K,V> next;
            int hash;
    

    而这个Entry应该放在数组的哪一个位置上(这个位置通常称为位桶或者hash桶,即hash值相同的Entry会放在同一位置,用链表相连),是通过key的hashCode来计算的。

    final int hash(Object k) {
            int h = 0;
            h ^= k.hashCode();
    
            h ^= (h >>> 20) ^ (h >>> 12);
            return h ^ (h >>> 7) ^ (h >>> 4);
        }
    

    通过hash计算出来的值将会使用indexFor方法找到它应该所在的table下标:

    static int indexFor(int h, int length) {
            return h & (length-1);
        }
    

    这个方法其实相当于对table.length取模。
    当两个key通过hashCode计算相同时,则发生了hash冲突(碰撞),HashMap解决hash冲突的方式是用链表。

    当发生hash冲突时,则将存放在数组中的Entry设置为新值的next(这里要注意的是,比如A和B都hash后都映射到下标i中,之前已经有A了,当map.put(B)时,将B放到下标i中,A则为B的next,所以新值存放在数组中,旧值在新值的链表上)

    示意图:

    hash 示意图

    所以当hash冲突很多时,HashMap退化成链表。

    总结一下map.put后的过程:

    当向 HashMap 中 put 一对键值时,它会根据 key的 hashCode 值计算出一个位置, 该位置就是此对象准备往数组中存放的位置。

    如果该位置没有对象存在,就将此对象直接放进数组当中;如果该位置已经有对象存在了,则顺着此存在的对象的链开始寻找(为了判断是否是否值相同,map不允许<key,value>键值对重复), 如果此链上有对象的话,再去使用 equals方法进行比较,如果对此链上的每个对象的 equals 方法比较都为 false,则将该对象放到数组当中,然后将数组中该位置以前存在的那个对象链接到此对象的后面。

    值得注意的是,当key为null时,都放到table[0]中:

    private V putForNullKey(V value) {
            for (Entry<K,V> e = table[0]; e != null; e = e.next) {
                if (e.key == null) {
                    V oldValue = e.value;
                    e.value = value;
                    e.recordAccess(this);
                    return oldValue;
                }
            }
            modCount++;
            addEntry(0, null, value, 0);
            return null;
        }
    

    当size大于threshold时,会发生扩容。 threshold等于capacity*load factor:

    void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
            if ((size >= threshold) && (null != table[bucketIndex])) {
                resize(2 * table.length);
                hash = (null != key) ? hash(key) : 0;
                bucketIndex = indexFor(hash, table.length);
            }
    
            createEntry(hash, key, value, bucketIndex);
        }
    

    jdk7中resize,只有当 size>=threshold并且 table中的那个槽中已经有Entry时,才会发生resize。即有可能虽然size>=threshold,但是必须等到每个槽都至少有一个Entry时,才会扩容。还有注意每次resize都会扩大一倍容量。

    2. JDK8中的HashMap

    一直到JDK7为止,HashMap的结构都是这么简单,基于一个数组以及多个链表的实现,hash值冲突的时候,就将对应节点以链表的形式存储。

    这样子的HashMap性能上就抱有一定疑问,如果说成百上千个节点在hash时发生碰撞,存储一个链表中,那么如果要查找其中一个节点,那就不可避免的花费O(N)的查找时间,这将是多么大的性能损失。这个问题终于在JDK8中得到了解决。再最坏的情况下,链表查找的时间复杂度为O(n),而红黑树一直是O(logn),这样会提高HashMap的效率。
    JDK7中HashMap采用的是位桶+链表的方式,即我们常说的散列链表的方式,而JDK8中采用的是位桶+链表/红黑树(有关红黑树请查看红黑树)的方式,也是非线程安全的。当某个位桶的链表的长度达到某个阀值的时候,这个链表就将转换成红黑树。

    红黑树的 HashMap

    JDK8中,当同一个hash值的节点数不小于8时,将不再以单链表的形式存储了,会被调整成一颗红黑树(上图中null节点没画)。这就是JDK7与JDK8中HashMap实现的最大区别。

    接下来,我们来看下JDK8中HashMap的源码实现。

    JDK中Entry的名字变成了Node,原因是和红黑树的实现TreeNode相关联。

    transient Node<K,V>[] table;
    

    当冲突节点数不小于8-1时,转换成红黑树。

    static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8;
    以put方法在JDK8中有了很大的改变
    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;
        //如果当前map中无数据,执行resize方法。并且返回n
            if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
                n = (tab = resize()).length;
         //如果要插入的键值对要存放的这个位置刚好没有元素,那么把他封装成Node对象,放在这个位置上就完事了
            if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
                tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
        //否则的话,说明这上面有元素
            else {
                Node<K,V> e; K k;
            //如果这个元素的key与要插入的一样,那么就替换一下,也完事。
                if (p.hash == hash &&
                    ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                    e = p;
            //1.如果当前节点是TreeNode类型的数据,执行putTreeVal方法
                else if (p instanceof TreeNode)
                    e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
                else {
            //还是遍历这条链子上的数据,跟jdk7没什么区别
                    for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
                        if ((e = p.next) == null) {
                            p.next = newNode(hash, key, value, null);
                //2.完成了操作后多做了一件事情,判断,并且可能执行treeifyBin方法
                            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;
                        p = e;
                    }
                }
                if (e != null) { // existing mapping for key
                    V oldValue = e.value;
                    if (!onlyIfAbsent || oldValue == null) //true || --
                        e.value = value;
               //3.
                    afterNodeAccess(e);
                    return oldValue;
                }
            }
            ++modCount;
        //判断阈值,决定是否扩容
            if (++size > threshold)
                resize();
            //4.
            afterNodeInsertion(evict);
            return null;
        }
    

    treeifyBin()就是将链表转换成红黑树。
    之前的indefFor()方法消失 了,直接用(tab.length-1)&hash,所以看到这个,代表的就是数组的下角标。

    static final int hash(Object key) {
            int h;
            return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
        }
    

    Reference:

    1. http://www.tuicool.com/articles/Yruqiye
    2. http://wenku.baidu.com/link?url=qRXqFTKcObVZATjznA97yNw8zMdsxNsX20sLAyn40YmUqF43QVf_yIPB97U33qMT36mtDaEzzuBHev5zCzr1jfJ2SZHjufV4LdEVzGHZ2T3
    3. https://segmentfault.com/a/1190000003617333
    4. http://blog.csdn.net/q291611265/article/details/46797557

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