HashMap源码理解

折月煮酒 提交于 2020-02-29 22:02:15
private static int roundUpToPowerOf2(int number) {
    return number >= MAXIMUM_CAPACITY
            ? MAXIMUM_CAPACITY
            : (number > 1) ? Integer.highestOneBit((number - 1) << 1) : 1;
}
  • Integer.highestOneBit方法是获取不大于本身的2^n的值,那该方法具体含义是:

  • 获取新的数组容量值,如果给定值大于等于最大的容量,则返回最大容量,否则:如果容量小于等于1,则返回1,否则返回大于等于给定值的最接近的2^n的值

  • 容量为什么要是2^n次方呢?且看如下代码:

static int indexFor(int h, int length) {
    // assert Integer.bitCount(length) == 1 : "length must be a non-zero power of 2";
    return h & (length-1);
}

    • 给方法是查找h(ash)在数组的索引位置;那现在看length为什么要是2^n次方呢?点此查看

    • 保证&之后的数据不大于length

    • length-1之后,最低的n位都是1,那与h的&运算之后的值即是h的最低n位

    • 采用length-1而不是直接length是因为2^n最低一位是0,那&运算之后数据都分布在偶数位,不是随机的

    private void inflateTable(int toSize) {
        // Find a power of 2 >= toSize
        int capacity = roundUpToPowerOf2(toSize);
    
        threshold = (int) Math.min(capacity * loadFactor, MAXIMUM_CAPACITY + 1);
        table = new Entry[capacity];
        initHashSeedAsNeeded(capacity);
    }

    扩容:先获取最接近并且>=指定容量的的数值作为扩容后的容量;扩容界限就是取容量*加载因子和最大容量+1的最小值;重新初始化table;扩容之后的table没有任何数据,所以在相关调用操作之后会有数据重新分配操作,比较耗时,所以在初始化一个hashmap的时候最好指定容量避免扩容操作发生

    public V get(Object key) {
        if (key == null)
            return getForNullKey();
        Entry<K,V> entry = getEntry(key);
    
        return null == entry ? null : entry.getValue();
    }

    get方法:

    •     如果key==null,则单独获取

    private V getForNullKey() {
        if (size == 0) {
            return null;
        }
        for (Entry<K,V> e = table[0]; e != null; e = e.next) {
            if (e.key == null)
                return e.value;
        }
        return null;
    }


    • 如果size==0,则直接返回null;

    • 遍历table,判断key,返回value

    final Entry<K,V> getEntry(Object key) {
        if (size == 0) {
            return null;
        }
    
        int hash = (key == null) ? 0 : hash(key);
        for (Entry<K,V> e = table[indexFor(hash, table.length)];
             e != null;
             e = e.next) {
            Object k;
            if (e.hash == hash &&
                ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                return e;
        }
        return null;
    }


    根据key获取Entry:

    •     获取hash值

    • 获取数组索引

    • 获取数组中索引的第一个entry

    • 遍历entry,如果hash值相等并且(key相等或者equal),则返回当前entry即可

    public boolean containsKey(Object key) {
        return getEntry(key) != null;
    }

    判断key是否存在只是调用getEntry方法判断是否为null即可

    public V put(K key, V value) {
        if (table == EMPTY_TABLE) {
            inflateTable(threshold);
        }
        if (key == null)
            return putForNullKey(value);
        int hash = hash(key);
        int i = indexFor(hash, table.length);
        for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) {
            Object k;
            if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {
                V oldValue = e.value;
                e.value = value;
                e.recordAccess(this);
                return oldValue;
            }
        }
    
        modCount++;
        addEntry(hash, key, value, i);
        return null;
    }

    put方法:

    •     如果table为空数组,则先扩容到扩容界限(threshold)的数组,如果是默认的初始化方法,则threshold=容量;执行该方法之后。threshold=容量*加载因子;

    • 如果key==null,单独存入该值,putForNullKey

    • 根据hash和length获取table索引,找出第一个entry

    • 遍历entry,如果找到则重新设置新值,返回旧值,否则新添加一个entry(addEntry)

    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;
    }
    • 存入key==null的value,直接查找table的第一个位置(index=0),如果找到则重新设置新值,返回旧值,否则添加新的entry;

    • key==null的值全部在table【0】的entry上

    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);
    }


    创建新的entry:

    • 先检查是否满足扩容条件:size>=threshold&&null!=table[bucketIndex];

    • 如果满足扩容,计算新的hash和数组索引(bucketIndex)

    • 创建新的entry(createEntry)

    • 注意事项:size是针对hash表里的所有数据的容量,而扩容是指数组扩容

    void resize(int newCapacity) {
        Entry[] oldTable = table;
        int oldCapacity = oldTable.length;
        if (oldCapacity == MAXIMUM_CAPACITY) {
            threshold = Integer.MAX_VALUE;
            return;
        }
    
        Entry[] newTable = new Entry[newCapacity];
        transfer(newTable, initHashSeedAsNeeded(newCapacity));
        table = newTable;
        threshold = (int)Math.min(newCapacity * loadFactor, MAXIMUM_CAPACITY + 1);
    }
    • 先获取oldTable的length,如果已是最大长度,则无需扩容,并且将threshold设为Integer.MAX_VALUE,不可扩容!

    • 创建新的Entry数组,将旧的table数据添加到newTable中(transfer)

    • 设置新的table和threshold

    void transfer(Entry[] newTable, boolean rehash) {
        int newCapacity = newTable.length;
        for (Entry<K,V> e : table) {
            while(null != e) {
                Entry<K,V> next = e.next;
                if (rehash) {
                    e.hash = null == e.key ? 0 : hash(e.key);
                }
                int i = indexFor(e.hash, newCapacity);
                e.next = newTable[i];
                newTable[i] = e;
                e = next;
            }
        }
    }

    简单理解为:数据拷贝

    • 获取新的数组长度,遍历table数组;

    • 遍历每个链表:重定向到新的数组和链表中

    • 现在遍历到[1,0]即table[1]下的第一个entry,计算得出在新的i=5,则该entry的下一个是newTable[5],newTable[5]=entry

    • 从以上可以看出,新进入newTable的数据在后进入的next下

    void createEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
        Entry<K,V> e = table[bucketIndex];
        table[bucketIndex] = new Entry<>(hash, key, value, e);
        size++;
    }

    创建新的Entry:

    • 先根据索引(bucketIndex)获取数组中的元素(e)

    • 创建新的entry,位于链表第一个entry,而e是当前新的entry的next

    public void putAll(Map<? extends K, ? extends V> m) {
        int numKeysToBeAdded = m.size();
        if (numKeysToBeAdded == 0)
            return;
    
        if (table == EMPTY_TABLE) {
            inflateTable((int) Math.max(numKeysToBeAdded * loadFactor, threshold));
        }
    
        /*
         * Expand the map if the map if the number of mappings to be added
         * is greater than or equal to threshold.  This is conservative; the
         * obvious condition is (m.size() + size) >= threshold, but this
         * condition could result in a map with twice the appropriate capacity,
         * if the keys to be added overlap with the keys already in this map.
         * By using the conservative calculation, we subject ourself
         * to at most one extra resize.
         */
        if (numKeysToBeAdded > threshold) {
            int targetCapacity = (int)(numKeysToBeAdded / loadFactor + 1);
            if (targetCapacity > MAXIMUM_CAPACITY)
                targetCapacity = MAXIMUM_CAPACITY;
            int newCapacity = table.length;
            while (newCapacity < targetCapacity)
                newCapacity <<= 1;
            if (newCapacity > table.length)
                resize(newCapacity);
        }
    
        for (Map.Entry<? extends K, ? extends V> e : m.entrySet())
            put(e.getKey(), e.getValue());
    }

    将一个集合添加到现有集合中:

    • 先获取要添加结合的元素数量

    • 如果现有集合是空集合,扩容:当前threshold和根据添加元素容量计算的新容量的最大值

    • 假如添加的集合元素数量>threshold,则判断当前table是否需要扩容

    • 此处是保守估计新的集合添加之后的容量:但是可以保证最多只有一次调用resize方法!

    • 如果numKeysToBeAdded <=threshold,即使在put方法导致扩容也至多有一次:扩容至两倍,那threshold也会变为两倍

    • 如果numKeysToBeAdded >threshold,如果:targetCapacity>table.length,则在put方法可能会导致resize,否则newCapacity必定大于table.length,在此处resize,put方法就不会resize了

        


    参考文章:http://blog.csdn.net/eson_15/article/details/51158865

    个人博客:http://www.whereta.com

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