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通俗易懂Hashmap源码解析_java阳开发之路的博客-CSDN博客_hashmap源码

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深入理解 HashMap put 方法(JDK 8逐行剖析)_stateiso的博客-CSDN博客_hashmap put方法

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一, 先来看几个变量、常量、静态变量、静态常量:

1)链表与红黑树互相转化的阀值: 

    //将链表转化为红黑树的阀值
    static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8;

    //将红黑树转回为链表的阀值
    static final int UNTREEIFY_THRESHOLD = 6;

    //将链表转为红黑树的最小entry数组的长度为 64
    //当链表的长度 >= 7,且entry数组的长度>= 64时,才会将链表转为红黑树。
    static final int MIN_TREEIFY_CAPACITY = 64;

2) Map的默认初始化容量以及容量极限:

    //HashMap默认的初始容量大小--16,容量必须是2的幂
    static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; // aka 16

    //HashMap的容量极限,为2的30次幂;
    static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;

3) 默认负载因子、实际元素数量:

    //负载因子的默认大小,
    //元素的数量/容量得到的实际负载数值与负载因子进行对比,来决定容量的大小以及是否扩容;
    static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;

    //HashMap的实际元素数量
    transient int size;

4)table——Entry数组;


    //Node是Map.Entry接口的实现类,可以将这个table理解为是一个entry数组;
    //每一个Node即entry,本质都是一个单向链表
    transient Node<K,V>[] table;

 5)Map已经修改的次数、下一次扩容的大小、存储负载因子的常量:

    //HashMap已在结构上修改的次数 结构修改是指更改 HashMap 中的映射数量或以其他方式修改其内部结构(例如,重新散列)的那些
    transient int modCount;

    //下一次HashMap扩容的阀值大小,如果尚未扩容,则该字段保存初始entry数组的容量,或用零表示
    int threshold;

    //存储负载因子的常量,初始化的时候将默认的负载因子赋值给它;
    final float loadFactor;

5.5)什么是Map已经修改的次数?

参考链接:https://blog.csdn.net/u012926924/article/details/50452411

        modCount用于记录HashMap的修改次数,在HashMap的put(),get(),remove(),Interator()等方法中,都使用了该属性。

        由于HashMap不是线程安全的,所以在迭代的时候,会将modCount赋值到迭代器的expectedModCount属性中,然后进行迭代;

        如果在迭代的过程中HashMap被其他线程修改了,modCount的数值就会发生变化,这个时候expectedModCount和ModCount不相等,迭代器就会抛出ConcurrentModificationException()并发修改异常

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二,链表转红黑树:

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1)为什么要将链表转为红黑树:

        当这个链表过长了,查找这个链表上的元素的时候自然会变慢,所以链表如果过长了会影响到HashMap的性能,

        所以后来在Java8中,当链表过长时,会将该链表自动转为红黑树,红黑树是一个自平衡二叉树,能够优化查找的性能。

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2)链表多长时,会变成红黑树? 

        把链表转为红黑树、还是选择扩容,看这几个阀值:

    //将链表转化为红黑树的阀值
    static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8;

    //将红黑树转回为链表的阀值
    static final int UNTREEIFY_THRESHOLD = 6;

    //将链表转为红黑树的最小entry数组的长度为 64
    //当链表的长度 >= 7,且entry数组的长度>= 64时,才会将链表转为红黑树。
    static final int MIN_TREEIFY_CAPACITY = 64;

结论:

        ①,当链表的长度 >= 7,并且entry数组的长度>= 64时,才会将链表转为红黑树。 

        ②,当链表的长度 >= 7,但是entry数组的长度< 64时,不转为红黑树,而是调用resize方法进行扩容;

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三,看源码:

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1)什么时候将链表转化为红黑树?

//将链表转化为红黑树的阀值
static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8;

//put方法中的putVal方法的内部源码: 
//binCount:计数链表的长度
for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
	if ((e = p.next) == null) {
		p.next = newNode(hash, key, value, null);
		//如果链表的长度大于等于7了,则将其转为红黑树:
		if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st
			treeifyBin(tab, hash); //进行树化的方法:
		break;
	}
	if (e.hash == hash &&
		((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
		break;
	p = e;
}

再来看进行树化的方法–treeifyBin():

// 可对链表进行树化的最小表容量(Node数组实际长度)。
static final int MIN_TREEIFY_CAPACITY = 64;

/**
	翻译:①,替换给定哈希索引处 bin 中的所有链接节点(将链表转为红黑树),
          ②,除非表(Node)太小,在这种情况下——调整大小(扩容)。
	*@param tab :entry数组
    *@param hash:将key进行哈希函数计算之后的哈希值
*/
final void treeifyBin(Node<K,V>[] tab, int hash) {
	int n, index; Node<K,V> e;
	//如果entry数组为空,或者entry数组的长度小于64,则进行扩容,(不转红黑树);
	if (tab == null || (n = tab.length) < MIN_TREEIFY_CAPACITY)
		resize(); //扩容方法
		
	//否则的话,即只有在链表的长度大于等于7、且entry数组的长度大于等于64的时候,才将链表转为红黑树:	
	else if ((e = tab[index = (n - 1) & hash]) != null) {
		TreeNode<K,V> hd = null, tl = null;
		do {
			//转为红黑树的方法:
			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);
	}
}

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步骤总结:

        1、链表长度达到了转树的阀值(默认为8)-1,即链表的长度 >= 7,且此时entry数组的大小< 转树的容量阀值64则,不转为红黑树改为调用resize方法进行扩容

        2、链表长度达到了转树的阀值(默认为8)-1,即链表的长度 >= 7,且此时entry数组的大小>= 转树的容量阀值64那么此时才将该链表转为红黑树

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2)什么时候将红黑树退化回为链表:

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还是在resize()扩容方法中,

final Node<K,V>[] resize() {
    //...
	//如果原Node数组不为空
	if (oldTab != null) {
		//遍历原Node数组:
		for (int j = 0; j < oldCap; ++j) {
			Node<K,V> e;
			if ((e = oldTab[j]) != null) {
				oldTab[j] = null;
				
				//如果该Node元素的next==null,则说明该Node元素后边既没有链表又没有红黑树;
				if (e.next == null)
					//则将该Node元素直接存于新Node数组的指定位置
					newTab[e.hash & (newCap - 1)] = e;
				
				//如果该Node元素后边跟着的是一个红黑树结构:
				else if (e instanceof TreeNode)
					//在新的Node数组中,将该红黑树进行拆分,
					//(如果拆分后的子树过小(子树的节点小于等于6个),则取消树化,即将其转为链表结构);	
					((TreeNode<K,V>)e).split(this, newTab, j, oldCap);
				
				//如果是链表的情况下,则进行下面的链表数据转移的操作
				else { // preserve order
                    //...
				}
			}
		}
	}
	return newTab;
}

        可以看出,在扩容方法 resize()中的“将原Node数组中的元素拷贝到新的Node数组”中的步骤中,如果遍历到的Node元素是一个红黑树的时候,出现了一个split()方法,

        该split方法的目的是:将该红黑树进行拆分,然后迁移到新的Node数组中

        (如果拆分后的子树过小(子树的节点小于等于6个),则取消树化,即将其转为链表结构);

        扩容方法 resize(),详情请见:HashMap的扩容——resize()方法_Morning sunshine的博客-CSDN博客

点进去这个split方法:

//将红黑树退化转回链表的阀值:
static final int UNTREEIFY_THRESHOLD = 6;

//将树进行拆分的split方法:

//左子树:
if (loHead != null) {
	//如果该左子树的元素数量小于等于6了,则将该红黑树转回链表结构:
	if (lc <= UNTREEIFY_THRESHOLD)
		tab[index] = loHead.untreeify(map); //将红黑树转回链表结构的方法
	else {
		tab[index] = loHead;
		if (hiHead != null) // (else is already treeified)
			loHead.treeify(tab);
	}
}

//右子树,与上面逻辑一样;
if (hiHead != null) {
	if (hc <= UNTREEIFY_THRESHOLD)
		tab[index + bit] = hiHead.untreeify(map);
	else {
		tab[index + bit] = hiHead;
		if (loHead != null)
			hiHead.treeify(tab);
	}
}

        可以看出,如果拆分后的子树过小,即该左子树/右子树的元素数量小于等于6了,则取消树化,将该红黑树转回链表结构 

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拓展:split()方法完整源码分析: 

原文链接:HashMap中红黑树扩容split()_crazyK.的博客-CSDN博客 

final void split(HashMap<K,V> map, Node<K,V>[] tab, int index, int bit) {
	TreeNode<K,V> b = this;
	// Relink into lo and hi lists, preserving order
	//定义低位链表的头尾节点
	TreeNode<K,V> loHead = null, loTail = null;
	//定义高位链表的头尾节点
	TreeNode<K,V> hiHead = null, hiTail = null;
	//分别记录低位链表和高位链表的长度,决定着后续红黑树是否要转回链表
	int lc = 0, hc = 0;
	//因为红黑树是由链表改造的,所以红黑树的扩容还是对链表进行操作
	//对for循环链表(红黑树)进行高低拆分操作
	for (TreeNode<K,V> e = b, next; e != null; e = next) {
		//取e的下一节点赋值给next遍历
		next = (TreeNode<K,V>)e.next;
		//取好e的下一个节点后将其赋值为空,方便GC回收
		e.next = null;
		if ((e.hash & bit) == 0) {
			if ((e.prev = loTail) == null)
				loHead = e;
			else
				loTail.next = e;
			loTail = e;
			//统计低位链表中有多少元素
			++lc;
		}
		else {
			if ((e.prev = hiTail) == null)
				hiHead = e;
			else
				hiTail.next = e;
			hiTail = e;
			++hc;
		}
	}
	/*
		拆分之后判断链表的长度是否<=UNTREEIFY_THRESHOLD=6
		如果满足,则将红黑树转回链表
	*/
	//如果低位链表首节点不为null,说明有这个链表存在
	if (loHead != null) {
		//如果低位链表的长度<=UNTREEIFY_THRESHOLD=6
		if (lc <= UNTREEIFY_THRESHOLD)
			//调用红黑树转链表的方法
			tab[index] = loHead.untreeify(map);
		else {
			//否则,把红黑树的头节点转移到数组的新节点上(红黑树的根节点一定是链表的头节点)
			//下标 = 原数组下标
			tab[index] = loHead;
			//如果存在高位链表,说明红黑树已经被拆分成两个链表
			if (hiHead != null) // (else is already treeified)
				//构建新的红黑树
				loHead.treeify(tab);
		}
	}
	//如果高位链表首节点不为null,说明有这个链表存在
	if (hiHead != null) {
		如果高位链表的长度<=UNTREEIFY_THRESHOLD=6
		if (hc <= UNTREEIFY_THRESHOLD)
			 //调用红黑树转链表的方法
			tab[index + bit] = hiHead.untreeify(map);
		else {
			//否则,把红黑树的头节点转移到数组的新节点上(红黑树的根节点一定是链表的头节点)
			//下标 = 原数组下标 + 原数组长度
			tab[index + bit] = hiHead;
			//如果存在低位链表,说明红黑树已经被拆分成两个链表
			if (loHead != null)
				//构建新的红黑树
				hiHead.treeify(tab);
		}
	}
}

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3)链表和红黑树互相转化的结论: 

        链表过长了并不一定会转为红黑树,还会考虑扩容

1) 当 链表的长度 >= 7 ,且entry数组的长度 < 64 时,此时会扩容,(不转红黑树)

2) 只有当 链表的长度 >= 7,且entry数组的长度 >= 64 时,才会将链表转为红黑树

3) 在resize()方法扩容的时候,在将原Node数组迁移到扩容后的新Node数组的时候,如果该Node元素是一个红黑树,则对其进行拆分、然后才迁移到新的Node数组中,

       如果拆分之后的子树的数量小于等于6了,则将该子树转回为链表结构;