HashMap源码解析五
2018-07-14 本文已影响28人
Leon_hy
Java8源码分析
基本思路是一样的
//定义长度超过8的链表转化成红黑树
static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8;
//换了个马甲还是认识你！！！
static class Node<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
final int hash;
final K key;
V value;
Node<K,V> next;
}
看下Java8 put的源码
public V put(K key, V value) {
//根据key计算hash值
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;
//步骤1.数组为空或数组长度为0，则扩容(咦，看到不一样咯)
if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
n = (tab = resize()).length;
//步骤2.根据hash值和数组长度计算在数组中的位置
//如果"坑"里没人，直接创建Node并存值
if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
else {
Node<K,V> e; K k;
//步骤3."坑"里有人，且hash值和key值都相等，先获取引用，后面会用来替换值
if (p.hash == hash &&
((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
e = p;
//步骤4.该链是红黑树
else if (p instanceof TreeNode)
e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
//步骤5.该链是链表
else {
for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
if ((e = p.next) == null) {
//步骤5.1注意这个地方跟Java7不一样，是插在链表尾部！！！
p.next = newNode(hash, key, value, null);
//链表长度超过8，转化成红黑树
if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st
treeifyBin(tab, hash);
break;
}
//步骤5.2链表中已存在且hash值和key值都相等，先获取引用，后面用来替换值
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)
//统一替换原来的值
e.value = value;
afterNodeAccess(e);
//返回原来的值
return oldValue;
}
}
++modCount;
//步骤6.键值对数量超过阈值，扩容
if (++size > threshold)
resize();
afterNodeInsertion(evict);
return null;
}
通过上面注释分析，对比和Java7的区别，Java8一视同仁，管你key为不为空的统一处理，多了一步链表长度的判断以及转红黑树的操作，并且比较重要的一点，新增Node是插在尾部而不是头部！！！。当然上面的主角还是扩容resize操作
final Node<K,V>[] resize() {
//旧数组的引用
Node<K,V>[] oldTab = table;
//旧数组长度
int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length;
//旧数组阈值
int oldThr = threshold;
//新数组长度、新阈值
int newCap, newThr = 0;
if (oldCap > 0) {
//极端情况，旧数组爆满了
if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) {
//阈值改成最大，放弃治疗直接返回旧数组
threshold = Integer.MAX_VALUE;
return oldTab;
}
//扩容咯，这里采用左移运算左移1位，也就是旧数组*2
else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY &&
oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)
//同样新阈值也是旧阈值*2
newThr = oldThr << 1; // double threshold
}
else if (oldThr > 0) // initial capacity was placed in threshold
newCap = oldThr;
//初始化在这里
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);
}
//更新阈值
threshold = newThr;
@SuppressWarnings({"rawtypes","unchecked"})
//创建新数组
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) {
//遍历旧数组，把原来的引用取消，方便垃圾回收
oldTab[j] = null;
//这个链只有一个节点，根据新数组长度计算在新表中的位置
if (e.next == null)
newTab[e.hash & (newCap - 1)] = e;
//红黑树的处理
else if (e instanceof TreeNode)
((TreeNode<K,V>)e).split(this, newTab, j, oldCap);
//链表长度大于1，小于8的情况，下面高能，单独拿出来分析
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;
}
可以看到，Java8把初始化数组和扩容全写在resize方法里了，但是思路还是一样的，扩容后要转移，转移要重新计算在新表中的位置，上面代码最后一块高能可能不太好理解，刚开始看的我一脸懵逼，看了一张美团博客的分析图才豁然开朗，在分析前先捋清楚思路
下面我们讲解下JDK1.8做了哪些优化。经过观测可以发现，我们使用的是2次幂的扩展(指长度扩为原来2倍)，所以，元素的位置要么是在原位置，要么是在原位置再移动2次幂的位置。看下图可以明白这句话的意思，n为table的长度，图（a）表示扩容前的key1(5)和key2(21)两种key确定索引位置的示例，图（b）表示扩容后key1和key2两种key确定索引位置的示例，其中hash1是key1对应的哈希与高位运算结果。
image
图a中key1(5)和key(21)计算出来的都是5，元素在重新计算hash之后，因为n变为2倍，那么n-1的mask范围在高位多1bit(红色)，因此新的index就会发生这样的变化：
image
图b中计算后key1(5)的位置还是5，而key2(21)已经变成了21，因此，我们在扩充HashMap的时候，不需要像JDK1.7的实现那样重新计算hash，只需要看看原来的hash值新增的那个bit是1还是0就好了，是0的话索引没变，是1的话索引变成“原索引+oldCap”。
有了上面的分析再回来看下源码
else { // preserve order
//定义两条链
//原来的hash值新增的bit为0的链，头部和尾部
Node<K,V> loHead = null, loTail = null;
//原来的hash值新增的bit为1的链，头部和尾部
Node<K,V> hiHead = null, hiTail = null;
Node<K,V> next;
//循环遍历出链条链
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);
//扩容前后位置不变的链
if (loTail != null) {
loTail.next = null;
newTab[j] = loHead;
}
//扩容后位置加上原数组长度的链
if (hiTail != null) {
hiTail.next = null;
newTab[j + oldCap] = hiHead;
}
}
为了更清晰明了，还是举个栗子，下面的表定义了键和它们的hash值(数组长度为16时，它们都在5号坑)
| Key | Hash |
|---|---|
| 石头 | 5 |
| 盖伦 | 5 |
| 蒙多 | 5 |
| 妖姬 | 21 |
| 狐狸 | 21 |
| 日女 | 21 |
假设一个hash算法刚好算出来的的存储是这样的，在存第13个元素时要扩容
image
那么流程应该是这样的(只关注5号坑键值对的情况)，第一次：
image
第二次：
[图片上传失败...(image-f75c3e-1531549077843)]
省略中间几次，第六次
image
两条链找出来后，最后转移一波，大功告成。
//扩容前后位置不变的链
if (loTail != null) {
loTail.next = null;
newTab[j] = loHead;
}
//扩容后位置加上原数组长度的链
if (hiTail != null) {
hiTail.next = null;
newTab[j + oldCap] = hiHead;
}
image
总结下Java8 put流程图
image
对比
1.发生hash冲突时，Java7会在链表头部插入，Java8会在链表尾部插入
2.扩容后转移数据，Java7转移前后链表顺序会倒置，Java8还是保持原来的顺序
3.关于性能对比可以参考美团技术博客，引入红黑树的Java8大程度得优化了HashMap的性能
