HashMap源码分析

笔记首页

序号	内容	链接地址
1	HashMap的继承体系，HashMap的内部类，成员变量	https://blog.csdn.net/weixin_44141495/article/details/108327490
2	HashMap的常见方法的实现流程	https://blog.csdn.net/weixin_44141495/article/details/108329558
3	HashMap的一些特定算法，常量的分析	https://blog.csdn.net/weixin_44141495/article/details/108305494
4	HashMap的线程安全问题（1.7和1.8）	https://blog.csdn.net/weixin_44141495/article/details/108250160
5	HashMap的线程安全问题解决方案	https://blog.csdn.net/weixin_44141495/article/details/108420327
6	Map的四种遍历方式，以及删除操作	https://blog.csdn.net/weixin_44141495/article/details/108329525
7	HashMap1.7和1.8的区别	https://blog.csdn.net/weixin_44141495/article/details/108402128

文章目录

HashMap源码分析
HashMap 1.7和1.8的区别
- 1结构区别
- 2.节点区别
- 3.Hash算法区别
- 4对Null的处理
- 5初始化的区别
- 6扩容的区别
- - 扩容的时机
  - 扩容的实现细节
- 7节点插入的区别
- 总结

HashMap 1.7和1.8的区别

1结构区别

Jdk1.8

HashMap1.8的底层数据结构是数组+链表+红黑树。

Jdk1.7

HashMap 1.7的底层数据结构是数组加链表

区别：

一般情况下，以默认容量16为例，阈值等于12就扩容，单条链表能达到长度为8的概率是相当低的，除非Hash攻击或者HashMap容量过大出现某些链表过长导致性能急剧下降的问题，红黑树主要是为了结果这种问题。
在正常情况下，效率相差并不大。

2.节点区别

jdk 1.7

static class Entry<K,V> implements Map.Entry<K,V> {final K key;V value;Entry<K,V> next;int hash;
}

jdk 1.8

static class Node<K,V> implements Map.Entry<K,V> {final int hash;final K key;V value;Node<K,V> next;
}

 static final class TreeNode<K,V> extends LinkedHashMap.Entry<K,V> {TreeNode<K,V> parent;  // red-black tree linksTreeNode<K,V> left;TreeNode<K,V> right;TreeNode<K,V> prev;    // needed to unlink next upon deletionboolean red;}

区别：

Jdk1.8

hash是final修饰，也就是说hash值一旦确定，就不会再重新计算hash值了。
新增了一个TreeNode节点，为了转换为红黑树。

Jdk1.7

hash是可变的，因为有rehash的操作。

3.Hash算法区别

Jdk1.7

final int hash(Object k) {int h = hashSeed;if (0 != h && k instanceof String) {return sun.misc.Hashing.stringHash32((String) k);}h ^= k.hashCode();// This function ensures that hashCodes that differ only by// constant multiples at each bit position have a bounded// number of collisions (approximately 8 at default load factor).h ^= (h >>> 20) ^ (h >>> 12);return h ^ (h >>> 7) ^ (h >>> 4);
}

Jdk1.8

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

区别

1.8计算出来的结果只可能是一个，所以hash值设置为final修饰。
1.7会先判断这Object是否是String，如果是，则不采用String复写的hashcode方法，处于一个Hash碰撞安全问题的考虑

4对Null的处理

Jdk1.7

Jdk1.7中，对null值做了单独的处理

public V put(K key, V value) {//判断是否是空值if (key == null)return putForNullKey(value);...}

简单的说，HashMap会遍历数组的下标为0的链表，循环找key=null的键，如果找到则替换。

如果当前数组下标为0的位置为空，即e==null，那么直接执行添加操作，key=null，插入位置为0。

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;}

Jdk1.8

而1.8中，由于Hash算法中会将null的hash值计算为0，插入时0&任何数都是0，插入位置为数组的下标为0的位置，所以我们可以认为，1.8中null为键和其他非null是一样的，也有hash值，也能别替换。只是计算结果为0而已。

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

区别

Jdk1.7中，null是一个特殊的值，单独处理
Jdk1.8中，null的hash值计算结果为0，其他地方和普通的key没区别。

5初始化的区别

我们常说Jdk1.8是懒加载，真的是这样吗？

Jdk1.8

transient Node<K,V>[] table;

构造方法

public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {...this.loadFactor = loadFactor;this.threshold = tableSizeFor(initialCapacity);
}public HashMap(int initialCapacity) {this(initialCapacity, DEFAULT_LOAD_FACTOR);
}public HashMap() {this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR; // all other fields defaulted
}

我们简答看一下tableSizeFor()方法,其实这个算法和Integer的highestOneBit()方法一样。

static final int tableSizeFor(int cap) {int n = cap - 1;n |= n >>> 1;n |= n >>> 2;n |= n >>> 4;n |= n >>> 8;n |= n >>> 16;return (n < 0) ? 1 : (n >= MAXIMUM_CAPACITY) ? MAXIMUM_CAPACITY : n + 1;}

官方解释：Returns a power of two size for the given target capacity. （返回给定目标容量的二次幂。）

也就是获取比传入参数大的最小的2的N次幂。
比如：传入8，就返回8，传入9，就返回16.

Jdk1.7

Jdk1.7中，table在声明时就初始化为空表。

transient Entry<K,V>[] table = (Entry<K,V>[]) EMPTY_TABLE;

构造方法和Jdk1.8一致，但是没有立刻根据给定的初始容量去计算那个2的次幂。

public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {...this.loadFactor = loadFactor;threshold = initialCapacity;
}public HashMap(int initialCapacity) {this(initialCapacity, DEFAULT_LOAD_FACTOR);
}public HashMap() {this(DEFAULT_INITIAL_CAPACITY, DEFAULT_LOAD_FACTOR);
}

我们可以看一下HashMap1.7的计算容量的方法

首先是put方法时，发现是空表，初始化。传入threshold，也就是我们之前传入的initCapactity自定义初始容量

public V put(K key, V value) {//判断是否是空表if (table == EMPTY_TABLE) {//初始化inflateTable(threshold);}...
}

这个方法也有官方的注释，意思就是找到大于等给定toSize的最小2的次幂

private void inflateTable(int toSize) {// Find a power of 2 >= toSizeint capacity = roundUpToPowerOf2(toSize);...}

我们发现，这个方法没有什么操作难度，是个人都可以写的出来

private static int roundUpToPowerOf2(int number) {// assert number >= 0 : "number must be non-negative";return number >= MAXIMUM_CAPACITY? MAXIMUM_CAPACITY: (number > 1) ? Integer.highestOneBit((number - 1) << 1) : 1;}

最终调用了Integer的计算2次幂的方法。

public static int highestOneBit(int i) {// HD, Figure 3-1i |= (i >>  1);i |= (i >>  2);i |= (i >>  4);i |= (i >>  8);i |= (i >> 16);return i - (i >>> 1);
}

和1.8的是一致的，但是我们阅读源码发现1.8更趋向于一个方法完成一个大的功能，比如putVal，resize，代码阅读性比较差，而1.7趋向于尽可能的方法拆分，提升阅读性，但是也增加了嵌套关系，结构复杂。

区别

Jdk1.7：

table是直接赋值给了一个空数组，在第一次put元素时初始化和计算容量。
table是单独定义的inflateTable（）初始化方法创建的。

Jdk1.8

的table没有赋值，属于懒加载，构造方式时已经计算好了新的容量位置（大于等于给定容量的最小2的次幂）。
table是resize（）方法创建的。

6扩容的区别

无论是哪个版本，扩容都是在新增数据时添加,我们看一下具体区别吧。

扩容的时机

Jdk1.7

public V put(K key, V value) {//各种条件判断，key是否存在，是否为空...if () {......//封装所需参数，准备添加addEntry(hash, key, value, i);return null;}

我们看到，我们在准备添加数据的时候，我们先判断是否扩容，如果扩容成功了，我们要重新计算一下要插入的元素的hash值。

还有扩容并不是大于阈值就扩容的，如果我们即将插入的桶是空的，我们不会走进这个if语句块，也就是直接指向createEntry方法。

void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {//判断是否需要扩容if ((size >= threshold) && (null != table[bucketIndex])) {//扩容resize(2 * table.length);//重新计算hash值hash = (null != key) ? hash(key) : 0;//计算所要插入的桶的索引值bucketIndex = indexFor(hash, table.length);}//执行新增Entry方法createEntry(hash, key, value, bucketIndex);}

Jdk1.8

虽然很想删减源码，但是也删不了几行，我以图示的方式来展现

实际上在判断是否树化的时候，也会判断扩容。如图，我们知道树化的两个条件，单条桶长度大于等于8，桶总数大于等于64才发生。但是我们可能不知道这里不满足条件还会扩容（其实我写这这篇的时候也不知道，但是准备写红黑树转换过程的时候才看到的）。那么为什么有扩容这个考虑？

我们认为：桶长度小于64。由于我们的扩容都是翻倍操作，所以我们此时的元素总数小于等于32。假设此时我们的数组容量为32，单个桶长度大于8的概率是微乎其微的，因为阈值是24，平均下来一个桶还不到一个Node节点，并且我在之前的HashMap的一些特定算法，常量的分析中，也说明了为什么选择8作为树化的阈值。
但是此时已经有一条链表长度为8了，也就是说阈值24，已经有1/3的节点在单条链表了，我们认为这个哈希表太过于集中了，所以我们进行扩容来增加哈希表内元素的散列程度。

扩容的实现细节

Jdk1.7

这是Jdk1.7的扩容，最重要的方法是transfer，转移的意思，也就是说，将旧数组的元素转移到新的数组。

void resize(int newCapacity) {Entry[] oldTable = table;int oldCapacity = oldTable.length;//达到最大值，无法扩容if (oldCapacity == MAXIMUM_CAPACITY) {threshold = Integer.MAX_VALUE;return;}Entry[] newTable = new Entry[newCapacity];//将数据转移到新的Entry[]数组中transfer(newTable, initHashSeedAsNeeded(newCapacity));//初始化散列种子//覆盖原数组table = newTable;threshold = (int)Math.min(newCapacity * loadFactor, MAXIMUM_CAPACITY + 1);}

头插法

除此之外，我们不扩容的情况加，正常插入元素(createEntry方法)，也是头插法。

Jdk1.8
过程稍显复杂，我们截取部分程序进行讲解

简单流程：

j表示当前正在操作的旧数组对应的桶的下标，每次操作一个桶，直至遍历到链表尾部
如果正在操作的桶是空的直接下一次循环，否则进行一系列操作
判断是否只有一个数据，如果是的，我们直接插入到新数组
判断是否是数节点，如果是的，调用树的操作方法，如果不是，走do-while循环
循环前标记2个头节点，两个尾节点，表示插入到新位置但不改变下标和插入到新位置改变下标。
根据e.hash& oldCap==0来区分节点插入的位置
最后do-while结束，将不为空的hoHead和hiHead插入到新数组。然后重复上述操作。

有人说这个if(e.hash & oldCap==0)是这个resize算法最厉害的一行了，我觉得确实有道理。这里篇幅问题，引入别人对于这个判断的详解链接。

扩容的区别总结

Jdk1.7：

头插法，添加前先判断扩容，当前准备插入的位置不为空并且容量大于等于阈值才进行扩容，是两个条件！
扩容后可能会重新计算hash值。

Jdk1.8：

尾插法，初始化时,添加节点结束之后和判断树化的时候都会去判断扩容。我们添加节点结束之后只要size大于阈值，就一定会扩容，是一个条件。
由于hash是final修饰，通过e.hash & oldCap==0来判断新插入的位置是否为原位置。

7节点插入的区别

Jdk1.7

扩容

头插法，一个一个的添加进新数组。

新增节点

标记要插入的位置已有的元素，新插入的元素覆盖已有的元素成为新的链表的头，之前标记的已有的元素作为新插入元素的next属性传入构造器，也就是说原来的已有的链表插入到新的链表头的尾部。

Jdk1.8

扩容

1.8中是先得到要插入的链表，再一口气插入到新的数组，为维护两个链表时，是尾插法。

新增节点

从橙色框的部分可以看出，是尾插法。

区别

jdk1.7无论是resize的转移和新增节点createEntry，都是头插法
jdk1.8则都是尾插法，为什么这么做呢为了解决多线程的链表死循环问题。

总结

比较	HashMap1.7	HashMap1.8
数据结构	数组+链表	数组+链表+红黑树
节点	Entry	Node TreeNode
Hash算法	较为复杂	异或hash右移16位
对Null的处理	单独写一个putForNull()方法处理	作为以一个Hash值为0的普通节点处理
初始化	赋值给一个空数组，put时初始化	没有赋值，懒加载，put时初始化
扩容	插入前扩容	插入后，初始化，树化时扩容
节点插入	头插法	尾插法

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