初探Java8中的HashMap

HashMap是我们最常用的集合之一，同时Java8也提升了HashMap的性能。本着学习的原则，在这探讨一下HashMap。

原理

简单讲解下HashMap的原理：HashMap基于Hash算法，我们通过put(key,value)存储，get(key)来获取。当传入key时，HashMap会根据key.hashCode()计算出hash值，根据hash值将value保存在bucket里。当计算出的hash值相同时怎么办呢，我们称之为Hash冲突，HashMap的做法是用链表和红黑树存储相同hash值的value。当Hash冲突的个数比较少时，使用链表，否则使用红黑树。

数据结构

一图胜千言：

我们可以在HashMap的源码中找到这样一句：

transient Node<K,V>[] table;

很明显，HashMap还是凭借数组实现的，辅以链表和红黑树。我们知道数组的特点：寻址容易，插入和删除困难，而链表的特点是：寻址困难，插入和删除容易，红黑树则对插入时间、删除时间和查找时间提供了最好可能的最坏情况担保。HashpMap将这三者结合在一起。

Hash算法

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

如果你也看过7之前的Hash算法，会发现这个版本的算法比之前的简洁。

重要的内部类

Node

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

        Node(int hash, K key, V value, Node<K,V> next) {
            this.hash = hash;
            this.key = key;
            this.value = value;
            this.next = next;
        }

        public final K getKey()        { return key; }
        public final V getValue()      { return value; }
        public final String toString() { return key + "=" + value; }

        public final int hashCode() {
            return Objects.hashCode(key) ^ Objects.hashCode(value);
        }

        public final V setValue(V newValue) {
            V oldValue = value;
            value = newValue;
            return oldValue;
        }

        public final boolean equals(Object o) {
            if (o == this)
                return true;
            if (o instanceof Map.Entry) {
                Map.Entry<?,?> e = (Map.Entry<?,?>)o;
                if (Objects.equals(key, e.getKey()) &&
                    Objects.equals(value, e.getValue()))
                    return true;
            }
            return false;
        }
    }

链表节点，存储键值对，并含有一个next引用。

TreeNode

 static final class TreeNode<K,V> extends LinkedHashMap.Entry<K,V> {
        TreeNode<K,V> parent;  // red-black tree links
        TreeNode<K,V> left;
        TreeNode<K,V> right;
        TreeNode<K,V> prev;    // needed to unlink next upon deletion
        boolean red;
        TreeNode(int hash, K key, V val, Node<K,V> next) {
            super(hash, key, val, next);
        }

        /**
         * Returns root of tree containing this node.
         */
        final TreeNode<K,V> root() {
            for (TreeNode<K,V> r = this, p;;) {
                if ((p = r.parent) == null)
                    return r;
                r = p;
            }
        }

        /**
         * Ensures that the given root is the first node of its bin.
         */
        static <K,V> void moveRootToFront(Node<K,V>[] tab, TreeNode<K,V> root) {
            int n;
            if (root != null && tab != null && (n = tab.length) > 0) {
                int index = (n - 1) & root.hash;
                TreeNode<K,V> first = (TreeNode<K,V>)tab[index];
                if (root != first) {
                    Node<K,V> rn;
                    tab[index] = root;
                    TreeNode<K,V> rp = root.prev;
                    if ((rn = root.next) != null)
                        ((TreeNode<K,V>)rn).prev = rp;
                    if (rp != null)
                        rp.next = rn;
                    if (first != null)
                        first.prev = root;
                    root.next = first;
                    root.prev = null;
                }
                assert checkInvariants(root);
            }
        }

红黑树的节点

重要方法

final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,
                   boolean evict) {
        Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, i;
        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)
                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);
                        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;
        if (++size > threshold)
            resize();
        afterNodeInsertion(evict);
        return null;
    }

这是HashMap中的put函数，里面的参数boolean onlyIfAbsent,boolean evict我并不知道有什么用，因为put在调用的时候，是将这两个参数写死了，若知道请告知：

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

另外我们可以看到，当节点个数>= TREEIFY_THRESHOLD - 1时，HashMap将采用红黑树存储。为什么这么做呢？正如我们前面提到的，当发生Hash冲突时，HashMap首先是采用链表将重复的值串起来，并将最后放入的值置于链首，java8对HashMap进行了优化。当节点个数多了之后使用红黑树存储。这样做的好处是，最坏的情况下即所有的key都Hash冲突，采用链表的话查找时间为O(n),而采用红黑树为O(logn)，这也是Java8中HashMap性能提升的奥秘，详细的测试可以看这篇博文。

总结

这篇文章简单介绍了下Java8中的HashMap中的数据结构，Hash算法，内部类，简单分析了Java8中性能提升的奥秘，由于水平原因难免会出现一些纰漏，希望各位能即时纠正。