HashMap:JDK7 與 JDK8 的實現


JDK7中的HashMap

HashMap底層維護一個數組,數組中的每一項都是一個Entry:

1 transient Entry<K,V>[] table;

我們向在HashMap 存放的對象實際上是存儲在該數組當中的:Map中的keyvalue則以Entry的形式存放在數組中。

 

1 static class Entry<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
2 final K key;
3 V value;
4 Entry<K,V> next;
5 int hash;
6 }

 

而這個Entry應該放在數組的哪一個位置上(這個位置通常稱為位桶或者hash桶,即hash值相同的Entry會放在同一位置,用鏈表相連),是通過keyhashCode來計算的。

 

1 final int hash(Object k) {
2 int h = 0;
3 h ^= k.hashCode();
4 h ^= (h >>> 20) ^ (h >>> 12);
5 return h ^ (h >>> 7) ^ (h >>> 4);
6 }

 

通過hash計算出來的值將會使用indexFor方法找到它應該所在的table下標:

 

1 static int indexFor(int h, int length) {
2 return h & (length-1);
3 }

 

這個方法其實相當於對table.length取模。當兩個key通過hashCode計算相同時,則發生了hash沖突(碰撞)HashMap解決hash沖突的方式是用鏈表。當發生hash沖突時,則將存放在數組中的Entry設置為新值的next(這里要注意的是,比如ABhash后都映射到下標i中,之前已經有A了,當map.put(B)時,將B放到下標i中,A則為Bnext,所以新值存放在數組中,舊值在新值的鏈表上),如圖所示:

所以當hash沖突很多時,HashMap退化成鏈表。

 

 

總結一下map.put的過程:

 

當向 HashMap put 一對鍵值時,它會根據 keyhashCode 值計算出一個位置, 該位置就是此對象准備往數組中存放的位置。 

 

如果該位置沒有對象存在,就將此對象直接放進數組當中;如果該位置已經有對象存在了,則順着此存在的對象的鏈開始尋找(為了判斷是否是否值相同,map不允許<key,value>鍵值對重復), 如果此鏈上有對象的話,再去使用 equals方法進行比較,如果對此鏈上的每個對象的 equals 方法比較都為 false,則將該對象放到數組當中,然后將數組中該位置以前存在的那個對象鏈接到此對象的后面。 

 

值得注意的是,當keynull時,都放到table[0]

 

 

 1 private V putForNullKey(V value) {
2 for (Entry<K,V> e = table[0]; e != null; e = e.next) {
3 if (e.key == null) {
4 V oldValue = e.value;
5 e.value = value;
6 e.recordAccess(this);
7 return oldValue;
8 }
9 }
10 modCount++;
11 addEntry(0, null, value, 0);
12 return null;
13 }

 

size大於threshold時,會發生擴容。 threshold等於capacity*load factor

 

1 void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
2 if ((size >= threshold) && (null != table[bucketIndex])) {
3 resize(2 * table.length);
4 hash = (null != key) ? hash(key) : 0;
5 bucketIndex = indexFor(hash, table.length);
6 }
7
8 createEntry(hash, key, value, bucketIndex);
9 }

 

 

jdk7resize,只有當 size>=threshold並且 table中的那個槽中已經有Entry時,才會發生resize。即有可能雖然size>=threshold,但是必須等到每個槽都至少有一個Entry時,才會擴容。還有注意每次resize都會擴大一倍容量默認的容量非常小 若存儲的數據太多的話 需要resize的次數就會越多 resize是空間和時間消耗都非常驚人的內部操作 他需要new一個容量更大的table 然后把原來的table從新散列到新的table中去所以,當目標數據太多時  可以增大初始化因子 使得一開始就創建一個大容量的table 減少resize的次數。

 

JDK8中的HashMap

 

一直到JDK7為止,HashMap的結構都是這么簡單,基於一個數組以及多個鏈表的實現,hash值沖突的時候,就將對應節點以鏈表的形式存儲。

這樣子的HashMap性能上就抱有一定疑問,如果說成百上千個節點在hash時發生碰撞,存儲一個鏈表中,那么如果要查找其中一個節點,那就不可避免的花費O(N)的查找時間,這將是多么大的性能損失。這個問題終於在JDK8中得到了解決。再最壞的情況下,鏈表查找的時間復雜度為O(n),而紅黑樹一直是O(logn),這樣會提高HashMap的效率。

JDK7HashMap采用的是位桶+鏈表的方式,即我們常說的散列鏈表的方式,而JDK8中采用的是位桶+鏈表/紅黑樹(有關紅黑樹請查看紅黑樹)的方式,也是非線程安全的。當某個位桶的鏈表的長度達到某個閥值的時候,這個鏈表就將轉換成紅黑樹。

 

JDK8中,當同一個hash值的節點數不小於8時,將不再以單鏈表的形式存儲了,會被調整成一顆紅黑樹(上圖中null節點沒畫)。這就是JDK7JDK8HashMap實現的最大區別。

接下來,我們來看下JDK8HashMap的源碼實現。

JDKEntry的名字變成了Node,原因是和紅黑樹的實現TreeNode相關聯。

 

1 transient Node<K,V>[] table;

 

當沖突節點數不小於8-1時,轉換成紅黑樹。

1 static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8;

put方法在JDK8中有了很大的改變

 

 

 1 public V put(K key, V value) {
2 return putVal(hash(key), key, value, false, true);
3 }
4
5 final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,
6 boolean evict) {
7 Node<K,V>[] tab;
8 Node<K,V> p;
9 int n, i;
10 //如果當前map中無數據,執行resize方法。並且返回n
11 if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
12 n = (tab = resize()).length;
13 //如果要插入的鍵值對要存放的這個位置剛好沒有元素,那么把他封裝成Node對象,放在這個位置上就完事了
14 if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
15 tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
16 //否則的話,說明這上面有元素
17 else {
18 Node<K,V> e; K k;
19 //如果這個元素的key與要插入的一樣,那么就替換一下,也完事。
20 if (p.hash == hash &&
21 ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
22 e = p;
23 //1.如果當前節點是TreeNode類型的數據,執行putTreeVal方法
24 else if (p instanceof TreeNode)
25 e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
26 else {
27 //還是遍歷這條鏈子上的數據,跟jdk7沒什么區別
28 for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
29 if ((e = p.next) == null) {
30 p.next = newNode(hash, key, value, null);
31 //2.完成了操作后多做了一件事情,判斷,並且可能執行treeifyBin方法
32 if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st
33 treeifyBin(tab, hash);
34 break;
35 }
36 if (e.hash == hash &&
37 ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
38 break;
39 p = e;
40 }
41 }
42 if (e != null) { // existing mapping for key
43 V oldValue = e.value;
44 if (!onlyIfAbsent || oldValue == null) //true || --
45 e.value = value;
46 //3.
47 afterNodeAccess(e);
48 return oldValue;
49 }
50 }
51 ++modCount;
52 //判斷閾值,決定是否擴容
53 if (++size > threshold)
54 resize();
55 //4.
56 afterNodeInsertion(evict);
57 return null;
58 }

treeifyBin()就是將鏈表轉換成紅黑樹。

之前的indefFor()方法消失 了,直接用(tab.length-1)&hash,所以看到這個,代表的就是數組的下角標。

 

1 static final int hash(Object key) {
2 int h;
3 return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
4 }

 


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