JDK7與JDK8中HashMap的實現的區別


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

transient Entry<K,V>[] table;

我們向 HashMap 中所放置的對象實際上是存儲在該數組當中;

而Map中的key,value則以Entry的形式存放在數組中

static class Entry<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
final K key;
V value;
Entry<K,V> next;
int hash;
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key的hashCode來計算的。
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:

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

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A和B都hash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B的next,所以新值存放在數組中,舊值在新值的鏈表上)

示意圖:

所以當hash沖突很多時,HashMap退化成鏈表。

總結一下map.put后的過程:

當向 HashMap 中 put 一對鍵值時,它會根據 key的 hashCode 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key為null時,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;
}

當size大於threshold時,會發生擴容。 threshold等於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

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。

JDK7中HashMap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JDK7與JDK8中HashMap實現的最大區別。

接下來,我們來看下JDK8中HashMap的源碼實現。

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

transient Node<K,V>[] table;
以put方法在JDK8中有了很大的改變

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;
//如果當前map中無數據,執行resize方法。並且返回n
if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
n = (tab = resize()).length;
//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
if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
//否則的話,說明這上面有元素
else {
Node<K,V> e; K k;
//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。
if (p.hash == hash &&
((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
e = p;
//1.如果當前節點是TreeNode類型的數據,執行putTreeVal方法
else if (p instanceof TreeNode)
e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
else {
//還是遍歷這條鏈子上的數據,跟jdk7沒什么區別
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,判斷,並且可能執行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;
//判斷閾值,決定是否擴容
if (++size > threshold)
resize();
//4.
afterNodeInsertion(evict);
return null;
}

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。






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