深入理解HashMap的扩容机制

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注:本文分两部分讲解,第一部分讲解Java7,第二部分讲解Java8

 

Java 7 中Hashmap扩容机制

一、什么时候扩容:

网上总结的会有很多,但大多都总结的不够完整或者不够准确。大多数可能值说了满足我下面条件一的情况。

扩容必须满足两个条件:

1、 存放新值的时候当前已有元素的个数必须大于等于阈值

2、 存放新值的时候当前存放数据发生hash碰撞(当前key计算的hash值换算出来的数组下标位置已经存在值)

 

二、下面我们看源码,如下:

首先是put()方法

public V put(K key, V value) {
    //判断当前Hashmap(底层是Entry数组)是否存值(是否为空数组)
    if (table == EMPTY_TABLE) {
      inflateTable(threshold);//如果为空,则初始化
    }
    
    //判断key是否为空
    if (key == null)
      return putForNullKey(value);//hashmap允许key为空
    
    //计算当前key的哈希值    
    int hash = hash(key);
    //通过哈希值和当前数据长度,算出当前key值对应在数组中的存放位置
    int i = indexFor(hash, table.length);
    for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) {
      Object k;
      //如果计算的哈希位置有值(及hash冲突),且key值一样,则覆盖原值value,并返回原值value
      if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {
        V oldValue = e.value;
        e.value = value;
        e.recordAccess(this);
        return oldValue;
      }
    }

    modCount++;
    //存放值的具体方法
    addEntry(hash, key, value, i);
    return null;
  }

   

在put()方法中有调用addEntry()方法,这个方法里面是具体的存值,在存值之前还要判断是否需要扩容

void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
    //1、判断当前个数是否大于等于阈值
    //2、当前存放是否发生哈希碰撞
    //如果上面两个条件否发生,那么就扩容
    if ((size >= threshold) && (null != table[bucketIndex])) {
      //扩容,并且把原来数组中的元素重新放到新数组中
      resize(2 * table.length);
      hash = (null != key) ? hash(key) : 0;
      bucketIndex = indexFor(hash, table.length);
    }

    createEntry(hash, key, value, bucketIndex);
  }

  

如果需要扩容,调用扩容的方法resize()

void resize(int newCapacity) {
    Entry[] oldTable = table;
    int oldCapacity = oldTable.length;
    //判断是否有超出扩容的最大值,如果达到最大值则不进行扩容操作
    if (oldCapacity == MAXIMUM_CAPACITY) {
      threshold = Integer.MAX_VALUE;
      return;
    }

    Entry[] newTable = new Entry[newCapacity];
    // transfer()方法把原数组中的值放到新数组中
    transfer(newTable, initHashSeedAsNeeded(newCapacity));
    //设置hashmap扩容后为新的数组引用
    table = newTable;
    //设置hashmap扩容新的阈值
    threshold = (int)Math.min(newCapacity * loadFactor, MAXIMUM_CAPACITY + 1);
  }

 

transfer()在实际扩容时候把原来数组中的元素放入新的数组中

void transfer(Entry[] newTable, boolean rehash) {
    int newCapacity = newTable.length;
    for (Entry<K,V> e : table) {
      while(null != e) {
        Entry<K,V> next = e.next;
        if (rehash) {
          e.hash = null == e.key ? 0 : hash(e.key);
        }
        //通过key值的hash值和新数组的大小算出在当前数组中的存放位置
        int i = indexFor(e.hash, newCapacity);
        e.next = newTable[i];
        newTable[i] = e;
        e = next;
      }
    }
  }

  

三、总结:

Hashmap的扩容需要满足两个条件:当前数据存储的数量(即size())大小必须大于等于阈值;当前加入的数据是否发生了hash冲突。

 

因为上面这两个条件,所以存在下面这些情况

(1)、就是hashmap在存值的时候(默认大小为16,负载因子0.75,阈值12),可能达到最后存满16个值的时候,再存入第17个值才会发生扩容现象,因为前16个值,每个值在底层数组中分别占据一个位置,并没有发生hash碰撞。

(2)、当然也有可能存储更多值(超多16个值,最多可以存26个值)都还没有扩容。原理:前11个值全部hash碰撞,存到数组的同一个位置(虽然hash冲突,但是这时元素个数小于阈值12,并没有同时满足扩容的两个条件。所以不会扩容),后面所有存入的15个值全部分散到数组剩下的15个位置(这时元素个数大于等于阈值,但是每次存入的元素并没有发生hash碰撞,也没有同时满足扩容的两个条件,所以叶不会扩容),前面11+15=26,所以在存入第27个值的时候才同时满足上面两个条件,这时候才会发生扩容现象。

 

 

2020年3月25号 更新下---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

 

Java 8 中Hashmap扩容机制

一、Java8的扩容机制:

  Java8不再像Java7中那样需要满足两个条件,Java8中扩容只需要满足一个条件:当前存放新值(注意不是替换已有元素位置时)的时候已有元素的个数大于等于阈值(已有元素等于阈值,下一个存放后必然触发扩容机制)

  注:

  (1)扩容一定是放入新值的时候,该新值不是替换以前位置的情况下(说明:put(“name”,"zhangsan"),而map里面原有数据<"name","lisi">,则该存放过程就是替换一个原有值,而不是新增值,则不会扩容)

  (2)扩容发生在存放后,即是数据存放后(先存放后扩容),判断当前存入对象的个数,如果大于阈值则进行扩容。

 

二、背静知识:

  Java7中Hashmap底层采用的是Entry对数组,而每一个Entry对又向下延伸是一个链表,在链表上的每一个Entry对不仅存储着自己的key/value值,还存了前一个和后一个Entry对的地址。

  Java8中的Hashmap底层结构有一定的变化,还是使用的数组,但是数组的对象以前是Entry对,现在换成了Node对象(可以理解是Entry对,结构一样,存储时也会存key/value键值对、前一个和后一个Node的地址),以前所有的Entry向下延伸都是链表,Java8变成链表和红黑树的组合,数据少量存入的时候优先还是链表,当链表长度大于8,且总数据量大于64的时候,链表就会转化成红黑树,所以你会看到Java8的Hashmap的数据存储是链表+红黑树的组合,如果数据量小于64则只有链表,如果数据量大于64,且某一个数组下标数据量大于8,那么该处即为红黑树。

 

三、源码:

  在jdk7中,当new Hashmap()的时候会对对象进行初始化,而jdk8中new Hashmap()并没有对对象进行初始化,而是在put()方法中通过判断对象是否为空,如果为空通过调用resize()来初始化对象。

    public V put(K key, V value) {
        return putVal(hash(key), key, value, false, true);
    }
    /**
     * Implements Map.put and related methods
     *
     * @param hash key值计算传来的下标
     * @param key
     * @param value
     * @param onlyIfAbsent true只是在值为空的时候存储数据,false都存储数据
     * @param evict
     * @return 返回被覆盖的值,如果没有覆盖则返回null
     */
    final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,
                   boolean evict) {
        // 申明entry数组对象tab[]:当前Entry[]对象
        Node<K,V>[] tab;
        // 申明entry对象p:这里表示存放的单个节点
        Node<K,V> p;
        // n:为当前Entry对象长度 
     // i:为当前存放对象节点的位置下标
int n, i; /** * 流程判断 * 1、如果当前Node数组(tab)为空,则直接创建(通过resize()创建),并将当前创建后的长度设置给n * 2、如果要存放对象所在位置的Node节点为空,则直接将对象存放位置创建新Node,并将值直接存入 * 3、存放的Node数组不为空,且存放的下标节点Node不为空(该Node节点为链表的首节点) * 1)比较链表的首节点存放的对象和当前存放对象是否为同一个对象,如果是则直接覆盖并将原来的值返回 * 2)如果不是分两种情况 * (1)存储处节点为红黑树node结构,调用方法putTreeVal()直接将数据插入 * (2)不是红黑树,则表示为链表,则进行遍历 * A.如果存入的链表下一个位置为空,则先将值直接存入,存入后检查当前存入位置是否已经大于链表的第8个位置 * a.如果大于,调用treeifyBin方法判断是扩容 还是 需要将该链表转红黑树(大于8且总数据量大于64则转红黑色,否则对数组进行扩容) * b.当前存入位置链表长度没有大于8,则存入成功,终端循环操作。 * B.如果存入链表的下一个位置有值,且该值和存入对象“一样”,则直接覆盖,并将原来的值返回 * 上面AB两种情况执行完成后,判断返回的原对象是否为空,如果不为空,则将原对象的原始value返回 * 上面123三种情况下,如果没有覆盖原值,则表示新增存入数据,存储数据完成后,size+1,然后判断当前数据量是否大于阈值, * 如果大于阈值,则进行扩容。 */ if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0) n = (tab = resize()).length; if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null) tab[i] = newNode(hash, key, value, null); else { Node<K,V> e; K k; if (p.hash == hash && ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) e = p; else if (p instanceof TreeNode) // 按照红黑树直接将数据存入 e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value); else { for (int binCount = 0; ; ++binCount) { if ((e = p.next) == null) { p.next = newNode(hash, key, value, null); if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st treeifyBin(tab, hash);//该方法判断是扩容还是需要将该链表转红黑树 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) e.value = value; afterNodeAccess(e); return oldValue; } } ++modCount; // 如果不是替换数据存入,而是新增位置存入后,则将map的size进行加1,然后判断容量是否超过阈值,超过则扩容 if (++size > threshold) resize(); afterNodeInsertion(evict); return null; }

 

  treeifyBin()方法判断是扩容还是将当前链表转红黑树
    /**
     * Replaces all linked nodes in bin at index for given hash unless
     * table is too small, in which case resizes instead.
     * 从指定hash位置处的链表nodes头部开始,全部替换成红黑树结构。
     * 除非整个数组对象(Map集合)数据量很小(小于64),该情况下则通过resize()对这个Map进行扩容,而代替将链表转红黑树的操作。
     */
    final void treeifyBin(HashMap.Node<K,V>[] tab, int hash) {
        int n, index; HashMap.Node<K,V> e;
        // 如果Map为空或者当前存入数据n(可以理解为map的size())的数量小于64便进行扩容
        if (tab == null || (n = tab.length) < MIN_TREEIFY_CAPACITY)
            resize();
        // 如果size()大于64则将正在存入的该值所在链表转化成红黑树
        else if ((e = tab[index = (n - 1) & hash]) != null) {
            HashMap.TreeNode<K,V> hd = null, tl = null;
            do {
                HashMap.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);
        }
    }

 

四、总结:

  (1)Java 8 在新增数据存入成功后进行扩容

  (2)扩容会发生在两种情况下(满足任意一种条件即发生扩容):

      a 当前存入数据大于阈值即发生扩容

      b 存入数据到某一条链表上,此时数据大于8,且总数量小于64即发生扩容

  (3)此外需要注意一点java7是在存入数据前进行判断是否扩容,而java8是在存入数据库在进行扩容的判断。

 

ConcurrentHashMap知识参考:https://www.cnblogs.com/zerotomax/p/8687425.html

Java8 HashMap扩容可参考:https://blog.csdn.net/goosson/article/details/81029729 (注:该文章中关于Java8 底层数据结构描述不准确,只有当数据量大于64才会有红黑树+链表)

这里补充一下jdk8关于红黑树和链表的知识:

  第一次添加元素的时候,默认初期长度为16,当往map中继续添加元素的时候,通过hash值跟数组长度取“与”来决定放在数组的哪个位置,如果出现放在同一个位置的时候,优先以链表的形式存放,在同一个位置的个数又达到了8个(代码是>=7,从0开始,及第8个开始判断是否转化成红黑树),如果数组的长度还小于64的时候,则会扩容数组。如果数组的长度大于等于64的话,才会将该节点的链表转换成树。在扩容完成之后,如果某个节点的是树,同时现在该节点的个数又小于等于6个了,则会将该树转为链表。

 

posted @ 2018-01-31 14:41  颜子歌  阅读(39590)  评论(13编辑  收藏