簡介

  • HashMap是采用鏈表和位桶來來實現(xiàn)的，由于一個位桶存在元素太多會導(dǎo)致get效率低，因此在jdk1.8中采用的紅黑樹實現(xiàn)，當(dāng)鏈表長度大于TREEIFY_THRESHOLD（值為8）時會轉(zhuǎn)換為紅黑樹來提高查詢效率。

  • HashMap是一種以鍵值對存儲的框架，它是Map的實現(xiàn)類，提供了Map的基礎(chǔ)操作，與HashTalbe不同的是HashMap不是線程安全的，key和value都是允許為null的；另外hashmap存儲的內(nèi)容順序會變化的。

  • HashMap對與get和put操作提供了相對穩(wěn)定的性能；如果注重Iteration迭代集合的性能，則不能設(shè)置初始化容量（capacity）太高或者負(fù)載因子(load factor)太低。影響HashMap性能的兩個重要參數(shù)是初始化容量(initial capacity)和負(fù)載因子(load factor)，初始化容量是至哈希表在創(chuàng)建時候的桶（bucket）的個數(shù)，負(fù)載因子是當(dāng)哈希表放滿的時候進(jìn)行的增量系數(shù)，默認(rèn)為0.75。

  • HashMap默認(rèn)是線程不安全的 ，如果需要同步需要通過Cllections工具類進(jìn)行包裝：Map m = Collections.synchronizedMap(new HashMap(...));

示意圖

純手工畫的，請容忍_! 

關(guān)系圖

使用示例

HashMap<Object, Object> hashMap = new HashMap<>();        //新增
        hashMap.put("name","張三");
        hashMap.put("age",18);        //刪除
        hashMap.remove("name");        //修改
        hashMap.replace("age",16);        //查詢
        hashMap.get("age");        //判斷是否包含
        hashMap.containsKey("age");
        hashMap.containsValue(18);        //循環(huán)1
        Set<Map.Entry<Object, Object>> entries = hashMap.entrySet();        for (Map.Entry<Object, Object> entry:entries){
            System.out.println("key="+entry.getKey()+" value="+entry.getValue());
        }        //循環(huán)2
        Set<Object> keys = hashMap.keySet();        for(Object key:keys){
            System.out.println("key="+key+" value="+hashMap.get(key));
        }        //清除
        hashMap.clear();

原理分析

HashMap的初始化

初始化內(nèi)容主要是容量大（initialCapacity）小和負(fù)載因子（loadFactor）的設(shè)定，table下次擴(kuò)容的極限值（threshold），new的時候并沒有真正的初始化容器。

  • 默認(rèn)初始化-所有系數(shù)使用默認(rèn)值，初始容量=16，負(fù)載因子=0.75

//默認(rèn)初始化容量static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 16;//最大容量static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;//鏈表對象數(shù)組transient Node<K,V>[] table;//加載因子final float loadFactor;//極限值，當(dāng)鍵值對數(shù)量大于等于threshold，則觸發(fā)擴(kuò)容方法resize()//第一次初始化時候：threshold=(int)(loadFactor*initialCapacity)，只有手動設(shè)置initialCapacity時候才需要第一次初始化//第二次初始化的時候：threshold=(threshold*loadFactor)//初始化后的擴(kuò)容：newThr=threshold<<1,相當(dāng)于threshold*2int threshold;public HashMap() {        this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR; 
    }

  • 自定義初始化容量，其他參數(shù)使用默認(rèn)值

public HashMap(int initialCapacity) {        this(initialCapacity, DEFAULT_LOAD_FACTOR);
    }

  • 定義初始化容量和負(fù)載因子

public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {        if (initialCapacity < 0)            throw new IllegalArgumentException("Illegal initial capacity: " +
                                               initialCapacity);        if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY)
            initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY;        if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor))            throw new IllegalArgumentException("Illegal load factor: " +
                                               loadFactor);        this.loadFactor = loadFactor;        //將初始化容量轉(zhuǎn)換為2的n次冪        this.threshold = tableSizeFor(initialCapacity);
    }//將cap向上轉(zhuǎn)化為2的n次冪，如cap=17轉(zhuǎn)化后為32    
static final int tableSizeFor(int cap) {    int n = cap - 1;
    n |= n >>> 1;
    n |= n >>> 2;
    n |= n >>> 4;
    n |= n >>> 8;
    n |= n >>> 16;    return (n < 0) ? 1 : (n >= MAXIMUM_CAPACITY) ? MAXIMUM_CAPACITY : n + 1;
}

HashMap.put(key,value)分析

put操作

1、第一次新增鍵值對時候，首先進(jìn)行內(nèi)部Node<K,V>[] table初始化
2、新增一個鍵值對，如果key已經(jīng)存在則進(jìn)行替換原來value，如果不存在則進(jìn)行新增。

public V put(K key, V value) {        //放入鍵值對        //最后兩個參數(shù)為 false表名修改已存在的值，否則不進(jìn)行修改，最后一個true在LinkedHashMap使用        return putVal(hash(key), key, value, false, true);
    }    
//對key進(jìn)行hash計算，獲取hash值static final int hash(Object key) {        int h;        return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
    }
//存放鍵值對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table為空或者長度為0，則進(jìn)行初始化，初始化在下面進(jìn)行分析if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
    n = (tab = resize()).length;//計算key的下標(biāo)(n-1)&hash,判斷當(dāng)前下標(biāo)中是否已經(jīng)有元素，沒有則進(jìn)行直接新增//key的下標(biāo)算法(n-1)是table的最大下標(biāo)，然后與hash進(jìn)行與計算則獲取最終下標(biāo)，//這種下標(biāo)計算不僅保證了下標(biāo)在0-15之間的某個值，而且也保證了下標(biāo)的均勻分布和計算效率if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
    tab[i] = newNode(hash, key, value, null);//如果當(dāng)前下標(biāo)已經(jīng)存在元素則進(jìn)行下列計算else {
    Node<K,V> e; K k;    //如果已經(jīng)存在相同的key，則將原來的元素賦值為e    if (p.hash == hash &&((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
        e = p;    //如果原來的元素p為紅黑樹節(jié)點類型，則進(jìn)行紅黑樹添加    else if (p instanceof TreeNode)
        e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);    //以上都不符合的時候進(jìn)行最常規(guī)添加操作：循環(huán)鏈表，想最后插入新節(jié)點元素    else {        for (int binCount = 0; ; ++binCount) {            if ((e = p.next) == null) {
                p.next = newNode(hash, key, value, null);                //如果鏈表的長度大于等于7的時候?qū)㈡湵磙D(zhuǎn)化為紅黑樹（jdk1.8新增的）                //因為如果存在大量數(shù)據(jù)的hash值相等，怎會產(chǎn)生很大的鏈表，                //而鏈表的查詢效率較低，所以在1.8版本后新增了紅黑樹結(jié)構(gòu)。                if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st                    //將鏈表轉(zhuǎn)換為紅黑樹
                    treeifyBin(tab, hash);                break;
            }            //如果在鏈表的某個環(huán)節(jié)碰到相同的key則停止循環(huán)            if (e.hash == hash &&((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))                break;
            p = e;
        }
    }    //已經(jīng)存在相同的key，只需將新的value賦值給老的value即可    if (e != null) { // existing mapping for key
        V oldValue = e.value;        //onlyIfabsent是用來決定是否覆蓋已有的key的value，在hashmap中默認(rèn)false        if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
            e.value = value;
        afterNodeAccess(e);        return oldValue;
    }
}
++modCount;//最終判斷容器table的大小+1是否超過table的極限值threshold，如果超過則進(jìn)行擴(kuò)容//擴(kuò)容的方式是newThr=threshold<<1，相當(dāng)于threshold*2if (++size > threshold)
    resize();
afterNodeInsertion(evict);return null;
}

resize分析

初始化table或者擴(kuò)容的時候需要執(zhí)行resize。

final Node<K,V>[] resize() {
        Node<K,V>[] oldTab = table;        int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length;        int oldThr = threshold;        int newCap, newThr = 0;        if (oldCap > 0) {            //如果原來的容量大于MAXIMUM_CAPACITY=1073741824則將threshold設(shè)為            //Integer.MAX_VALUE=2147483647 接近MAXIMUM_CAPACITY的兩倍            if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) {
                threshold = Integer.MAX_VALUE;                return oldTab;
            }            //否則設(shè)為newThr為原來的兩倍            else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY &&
                     oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)
                newThr = oldThr << 1; // double threshold
        }        //如果原來的thredshold大于0則將容量設(shè)為原來的thredshold        //在第一次帶參數(shù)初始化時候會有這種情況        else if (oldThr > 0) // initial capacity was placed in threshold
            newCap = oldThr;        //在默認(rèn)無參數(shù)初始化會有這種情況        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);
        }
        threshold = newThr;
        Node<K,V>[] newTab = (Node<K,V>[])new Node[newCap];
        table = newTab;
        如果原來的table有數(shù)據(jù)，則將數(shù)據(jù)復(fù)制到新的table中        if (oldTab != null) {            //根據(jù)容量進(jìn)行循環(huán)整個數(shù)組，將非空元素進(jìn)行復(fù)制            for (int j = 0; j < oldCap; ++j) {
                Node<K,V> e;                if ((e = oldTab[j]) != null) {
                    oldTab[j] = null;                    //如果鏈表只有一個，則進(jìn)行直接賦值                    if (e.next == null)
                        newTab[e.hash & (newCap - 1)] = e;                    //如果是紅黑樹則進(jìn)行紅黑樹操作                    else if (e instanceof TreeNode)
                        ((TreeNode<K,V>)e).split(this, newTab, j, oldCap);                    //進(jìn)行鏈表復(fù)制                    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;
    }

treeifyBin將某個鏈表轉(zhuǎn)為紅黑樹

hash是需要轉(zhuǎn)化為紅黑樹的鏈表哈希

final void treeifyBin(Node<K,V>[] tab, int hash) {    int n, index; Node<K,V> e;    if (tab == null || (n = tab.length) < MIN_TREEIFY_CAPACITY)
        resize();    else if ((e = tab[index = (n - 1) & hash]) != null) {
        TreeNode<K,V> hd = null, tl = null;
        do {
            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);
    }
}

putTreeVal紅黑樹新增

final TreeNode<K,V> putTreeVal(HashMap<K,V> map, Node<K,V>[] tab,                                       int h, K k, V v) {            Class<?> kc = null;            boolean searched = false;            //獲取樹根
            TreeNode<K,V> root = (parent != null) ? root() : this;            for (TreeNode<K,V> p = root;;) {                int dir, ph; K pk;                 // hashMap元素的hash值用來表示紅黑樹中節(jié)點數(shù)值大小                 // 當(dāng)前節(jié)點值小于根節(jié)點，dir = -1                 // 當(dāng)前節(jié)點值大于根節(jié)
            http://www.cnblogs.com/mvilplss/p/7144146.html