HashMap 在JDK1.8中的实现(与JDK1.7对比)

HashMap的实现分析

介绍

通过前面JDK1.7的分析,我们知道,当负载因子和Hash算法设计的很好时,可以降低hash碰撞的概率,但在数据量过大时也避免不了会出现链表变长的情况,一旦出现链表过长,查找元素变慢,则会严重影响HashMap的性能。
于是,在JDK1.8中,对数据结构做了进一步的优化,引入了红黑树。而当链表长度太长(默认超过8)时,链表就转换为红黑树,利用红黑树快速增删改查的特点提高HashMap的性能,其中会用到红黑树的插入、删除、查找等算法。

底层实现

HashMap的底层实现是数组+链表+红黑树

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数组索引位置

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//第一步
static final int hash(Object key) {
int h;
return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
}
//第二步,代码中:
tab[i = (n - 1) & hash]

确定数组索引的位置同样是两步法:
第一步计算hash,与JDK1.7中的计算方法不同;
计算过程如下:

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第二步确定索引,与JDK1.7中的相同,只是不作为一个独立的方法;

put()、get()方法

put()方法

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public V put(K key, V value) {
return putVal(hash(key), key, value, false, true);
}

调用了putVal()方法:

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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tab为空或长度为0,则分配内存resize()
if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
n = (tab = resize()).length;
//数组索引位置为null,直接put
//同时这一步p赋值为tab[i]
if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
else {
Node<K,V> e; K k;
//判断hash值和key是否都相同,都相同则后面替换value值
if (p.hash == hash &&
((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
e = p;
//红黑书处理冲突
else if (p instanceof TreeNode)
e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
//链表处理冲突
else {
for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
// 在链表尾部插入新结点
if ((e = p.next) == null) {
p.next = newNode(hash, key, value, null);
//节点数 >= 7,转化为红黑树
if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1)
treeifyBin(tab, hash);
break;
}
//已经存在key,退出循环,后面替换value值
if (e.hash == hash &&
((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
break;
//与e = p.next组合,遍历链表
p = e;
}
}
//已经存在key,替换value值
if (e != null) { // existing mapping for key
V oldValue = e.value;
if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
e.value = value;
afterNodeAccess(e);
return oldValue;
}
}
++modCount;
//扩容
if (++size > threshold)
resize();
afterNodeInsertion(evict);
return null;
}

put过程分析:

  1. 如果数组索引位置tab[i]为null,直接put;否则进入2;
  2. 与第一个节点hash值相同且key值也相同,则直接到后面替换value值,否则进入3;
  3. 判断链表是否形成红黑树,并根据结果进入不同的处理。

get()方法

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public V get(Object key) {
Node<K,V> e;
return (e = getNode(hash(key), key)) == null ? null : e.value;
}

调用getNode()方法:

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final Node<K,V> getNode(int hash, Object key) {
Node<K,V>[] tab; Node<K,V> first, e; int n; K k;
if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 &&
(first = tab[(n - 1) & hash]) != null) {
//判断目标是不是first,是直接返回first
if (first.hash == hash && // always check first node
((k = first.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
return first;
//已经形成链表
if ((e = first.next) != null) {
//第一个节点是TreeNode,说明形成了红黑树
if (first instanceof TreeNode)
return ((TreeNode<K,V>)first).getTreeNode(hash, key);
// 还未形成红黑树,按链表处理
do {
if (e.hash == hash &&
((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
return e;
} while ((e = e.next) != null);
}
}
return null;
}

方法分析:

  1. 首先判断第一个节点first是不是要寻找的节点,如果是直接返回;不是进入2;
  2. 判断第一个节点first是不是树节点,如果是说明形成红黑树,调用红黑树的查找方法;不是则进入3;
  3. 说明还是链表,未形成红黑树,调用链表查找方法。

扩容机制

我们知道,当往HashMap中不断地添加元素时,它就会扩大数组的长度,把小的数组用大的数组来代替。
回忆JDK1.7中的扩容,对于链表中的每个元素都需要重新计算hash值,而在JDK1.8中,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(原容量)”,工作过程如下图:

数组由16扩大到32的过程中,索引位置为15的元素变化:
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注:JDK1.7中旧链表的元素如果刚好又在新链表中,那么元素的顺序是倒置的,而JDK1.8不会倒置。

JDK1.8和JDK1.7的区别(HashMap)

相同点

  1. 默认初始容量都是16,默认负载因子都是0.75。数组的长度length都是2的次幂,扩容时都是2倍
  2. 通过hash计算索引的方法相同(hash & length-1)
  3. key为null的键值对都会放入table[0]中
  4. 都是懒加载,初始时表为空,在插入第一个键值对时初始

不同点

  1. 结构不同,JDK1.8增加了红黑树优化结构
  2. put方法的区别,JDK1.7中put时,添加到头节点;JDK1.8中添加到尾节点
  3. 计算hash的方法不同,JDK1.8更优化
  4. JDK1.7新链表的顺序倒置,JDK1.8新链表顺序不倒置