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HashMap基础知识

cutey_none

今天来讲一个老生常谈,都被讲烂的一个问题,网上随便一搜hashmap,各式各样的文章,今天从源码入手带你一行一行地重新了解hashmap。但是重点是放在了本身的原理,至于多线程问题,jdk1.7,1.8的区别,会重新出一篇文章来讨论。

本文讲解前默认各位小伙伴是已经会hashmap的用法的了,怎么样都有过new HashMap<>() 的经验,着重讲的是原理。

工作原理

结构组成

put

  • 首先是或者对插入对象的key的hash指进行扰动得到新的hash值,简单来讲是为了更好的散列
  • 根据hash值找到需要插入值的下标,然后对链表进行相应的操作,在末尾插入,hash冲突,转化成红黑树
  • 如果有需要,则进行扩容

get

获取值的时候就比较简单了,直接根据key的hash找到桶的下标,再遍历链表找到值就好了。

注意:key对象本身有个hash值,但是put和get的时候是经过了hash算法进行了扰动生成了新的hash值,但是对象本身的hash值不变。

成员变量

肯定是挑重点的说先,其它的有了基础后可以自行去源码中查找学习,这样更有成就感。

内部类-Node

通过一开始也知道,HashMap 是由数组加链表组成的,其实本质就是多个下面Node<K,V>组成的数组 。

其实好像也没啥好讲的,知道有这么一个类,类里面有那些成员变量就好了。

成员变量

可能有小伙伴会发现了,怎么没有capcity 容量这个成员变量呀。需要注意的是jdk1.8之后,桶数组的初始化不是在构造函数内完成的,而是在第一次put的时候完成的,所以不设capcity这个变量完全没问题。

构造函数

构造函数大体来说有两种,一种是给成员变量赋值,一种是复制一个新的map

上面有两个函数tableSizeFor()putMapEntries() 有兴趣的小伙伴可以去看下源码,实现比较简单,这里就不再赘述。

Put

hash()

让我们来看下put的源码

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

首先运行的是一个hash() 的函数

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

首先int h = key.hashCode() h是一个4字节32位的数,接着是异或上h >>> 16 最后得到了新的hash值。

h是个32位的数,那么它右移16位后,高位(前16位)位0,而x ^ 0 = x。所以整个上面一句话的作用就是保留高位,低位和高位异或,这样子能达到的目标就是扰乱了低位,且低位具有高位的一部分属性。

接下来的重点就到了putVal() ,需要分位第一次put和其它put来讲。

第一次put

第一次put时候的putVal()

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;
    //.....

}

当第一次put的时候,table肯定是为空的,也就是if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0) 判断返回为true,走到resize() 流程。

来看看第一次put的时候resize是怎么运作的

通过源码可以看到真正的table数组是在第一次put中putVal() 中的resize() 时才初始化。

正常put

看源码,首先会有一个根据hash计算该key应该放在哪个桶下面,n是桶数组的长度,永远是2的幂。 反映在二进制就是只有某一位是1,其它全是0。这样的情况下,n - 1就是尾部全是1,其它全是0。(n - 1) & hash就是保留hash值中数组长度低位的数,高位的数置0。

假设n = 16,那么n - 1 = 15 = 00001111,这样与上hash相当于只保留了hash的后4位。

扩容

可以发现上述源码中在最后还有一个resize() ,可见resize() 除了初始化的时候有用,更多时候是用在扩容这方面。

上面源码注释中也有写到是当k-v个数 > 扩容阈值 = table数组容量 * 负载因子(默认是0.75)的时候开始扩容,table数组变成原来的2倍,旧k-v重新散列在新数组中。

我把后面的拆开来说,因为其一是因为其巧妙,其二是因为太长了看着疲惫

可以提前说下,jdk的思想是把链表拆分成两部分进行散列。想拆成2部分必须用hash经过某种运算得到两种结果,计算机里面自然就想到了0,1。一个数和另一个数得到0和1,所以可以想到&运算,且其中一个数只有1位是1,其它都是0。

所以算法就是那hash(注意,是扰动前的hash)& newCap 这样得到的结果就只有0和1了。

Get

相比之前的插入和扩容函数,get() 相对来说就简单了

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

可以看到最终是到了getNode() 函数

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