相关衔接
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从源码看Android常用的数据结构 ( SDK23版本 ) ( 一 , 总述 )
从源码看Android常用的数据结构 ( SDK23版本 ) ( 二, List篇 )
从源码看Android常用的数据结构 ( SDK23版本 ) ( 三 , Queue篇)
从源码看Android常用的数据结构 ( SDK23版本 ) ( 四, Set篇 )
从源码看Android常用的数据结构 ( SDK23版本 ) ( 五, Map篇 )
从源码看Android常用的数据结构 ( SDK23版本 ) ( 六, ConcurrentHashMap )
从源码看Android常用的数据结构 ( 七, SDK28下的HashMap )
Github里有一份Android使用到的小技术, 欢迎查看: github.com/YouCii/Lear…
前言
Java1.8 和 Android SDK28 对 HashMap 做了大量优化, 与之前版本的主要区别在于以下两点:
- hash碰撞超过8时把原链表转化为红黑树, 提高查询效率;
- resize时对链表节点的重定位算法无需重hash计算, 而是通过判断&操作的高位来判断是放在低位cap还是高位cap;
新版本的HashMap结合了链表和红黑树的优化, 以达到最优的时间空间效率平衡, 这种精雕细琢的精神值得好好学习!
下面详细说明
先看关键参数
/**
* The table, initialized on first use, and resized as
* necessary. When allocated, length is always a power of two.
*
* 数据存储集合, 必要时会resize, 重分配后大小为2的n次方.
* 添加transient关键字以屏蔽默认serializable, 自主实现read/write.
*/
transient Node<K,V>[] table;
/**
* Holds cached entrySet(). Note that AbstractMap fields are used
* for keySet() and values().
*
* 缓存entrySet.
*/
transient Set<Map.Entry<K,V>> entrySet;
/**
* The number of key-value mappings contained in this map.
*
* map内实际存储的元素数目
*/
transient int size;
/**
* The number of times this HashMap has been structurally modified
* Structural modifications are those that change the number of mappings in
* the HashMap or otherwise modify its internal structure (e.g.,
* rehash). This field is used to make iterators on Collection-views of
* the HashMap fail-fast. (See ConcurrentModificationException).
*
* HashMap结构修改的次数. 结构修改是指元素数量改变或者以其他方式修改其内部
* 结构等操作(例如rehash).
* 执行结构修改时modCount++, 在执行遍历等非原子操作前缓存modCount, 遍历过程
* 中或之后如果modCount与原缓存值不同, 说明出现了并发修改, 抛出异常
*/
transient int modCount;
/**
* The next size value at which to resize (capacity * load factor).
* 阈值, 触发resize的临界容量, 初始化时为最小的超过容量的2的指数, 后续更改为
* newCap * loadFactor
*/
int threshold;
/**
* The load factor for the hash table.
* 加载因子, 用于判断threshold
*/
final float loadFactor;
核心方法Get/Put/Remove
GET方法
public V get(Object key) {
Node<K,V> e;
return (e = getNode(hash(key), key)) == null ? null : e.value;
}
/**
* 计算key的hash值, 使用hashcode的高16位异或低16位. 看注释的意思是可能会发生碰撞,
* 但是考虑到碰撞的元素使用较高效率的tree来存储, 所以hash算法采用了较轻量的方式.
*/
static final int hash(Object key) {
int h;
return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
}
/**
* Implements Map.get and related methods
*
* @param hash hash for key
* @param key the key
* @return the node, or null if none
*/
final Node<K, V> getNode(int hash, Object key) {
Node<K, V>[] tab;
Node<K, V> first, e;
int n;
K k;
// 如果(n-1)&hash位置存在元素
if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 && (first = tab[(n - 1) & hash]) != null) {
// 如果hash相等, key相等, 返回第一个
if (first.hash == hash && ((k = first.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
return first;
// 不是第一个的话遍历链表或者树
if ((e = first.next) != null) {
// 查询树
if (first instanceof TreeNode)
return ((TreeNode<K, V>) first).getTreeNode(hash, key);
// 遍历链表
do {
if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
return e;
} while ((e = e.next) != null);
}
}
return null;
}
Put相关
public V put(K key, V value) {
return putVal(hash(key), key, value, false, true);
}
/**
* Implements Map.put and related methods
*
* @param hash hash for key
* @param key the key
* @param value the value to put
* @param onlyIfAbsent if true, don't change existing value
* @param evict if false, the table is in creation mode.
* @return previous value, or null if none
*/
final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent, boolean evict) {
Node<K, V>[] tab;
Node<K, V> parent;
int tabLength, position;
// 如果还未初始化, 调用resize来初始化一下, resize见下方方法
if ((tab = table) == null || (tabLength = tab.length) == 0)
tabLength = (tab = resize()).length;
// 如果该位置未存有元素, 第一位新建node存入
if ((parent = tab[position = (tabLength - 1) & hash]) == null)
tab[position] = newNode(hash, key, value, null);
// 如果该位置已有元素, 分为三种情况:
else {
Node<K, V> exitMapping;
K k;
// 该位置头节点就是对应节点
if (parent.hash == hash && ((k = parent.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
exitMapping = parent;
// 如果是树, 去树内查找
else if (parent instanceof TreeNode)
exitMapping = ((TreeNode<K, V>) parent).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
// 链表
else {
for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
// 如果直到链表末尾也没找到已存在的点, 则直接插入到末尾, 退出循环
if ((exitMapping = parent.next) == null) {
parent.next = newNode(hash, key, value, null);
// 如果碰撞次数超过了转化为tree的阈值(8), 转化为红黑树
if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st
treeifyBin(tab, hash);
break;
}
// 找到了对应节点
if (exitMapping.hash == hash && ((k = exitMapping.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
break;
parent = exitMapping;
}
}
// 如果已存在节点, 在这里做value替换; 不存在对应节点的情况在前面for循环中已经插入了新节点
if (exitMapping != null) { // existing mapping for key
V oldValue = exitMapping.value;
// 如果允许替换值, 替换
if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
exitMapping.value = value;
// 用于linkedHashMap
afterNodeAccess(exitMapping);
return oldValue;
}
}
// 发生了结构化修改
++modCount;
// 如果大小超过了tab阈值, resize为double
if (++size > threshold)
resize();
// 用于linkedHashMap
afterNodeInsertion(evict);
return null;
}
/**
* Initializes or doubles table size. If null, allocates in
* accord with initial capacity target held in field threshold.
* Otherwise, because we are using power-of-two expansion, the
* elements from each bin must either stay at same index, or move
* with a power of two offset in the new table.
* 某元素只可能保持在当前位置或者2次方位置
*
* @return the table
*/
final Node<K, V>[] resize() {
Node<K, V>[] oldTab = table;
// 旧表的容量
int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length;
// 旧表的阈值
int oldThr = threshold;
int newCap, newThr = 0;
// 如果有旧值, 不是初始化
if (oldCap > 0) {
// 如果旧容量超过了2的30次方, 则阈值*2即int的最大值, 也就是2的31次方, 也不重新分配bin了, resize直接完成
if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) {
threshold = Integer.MAX_VALUE;
return oldTab;
}
// 新容量首先变为两倍, 如果旧容量超过了默认容量16, 新阈值double
else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY && oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)
newThr = oldThr << 1; // double threshold
}
// 以下两种情况均是初始化
else if (oldThr > 0) {
// 旧容量为0, 阈值不为0, 就把新的容量被设置为旧阈值
newCap = oldThr;
} else {
// 容量阈值均使用默认值
newCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY;
newThr = (int) (DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY);
}
// 上面设置好了新的容量, 如果新阈值还是0的话(主要是针对上面三种情况的第二种), 设置为newCap * 重载因子loadFactor
if (newThr == 0) {
float ft = (float) newCap * loadFactor;
newThr = (newCap < MAXIMUM_CAPACITY && ft < (float) MAXIMUM_CAPACITY ? (int) ft : Integer.MAX_VALUE);
}
threshold = newThr;
// 通过上面的处理, 新的容量和阈值已经配置好了, 下面的逻辑是把旧表里的节点放入新表中
Node<K, V>[] newTab = (Node<K, V>[]) new Node[newCap];
table = newTab;
if (oldTab != null) {
for (int j = 0; j < oldCap; ++j) {
Node<K, V> header; // 某位置的链表头节点
if ((header = oldTab[j]) != null) {
oldTab[j] = null;
// 如果只有头节点, 就重hash放入新表中
if (header.next == null) {
newTab[header.hash & (newCap - 1)] = header;
}
// 树形结构的修剪
else if (header instanceof TreeNode) {
// 把树切为低位和高位两部分, 如果某一部分size小于6了, 转化为链表
((TreeNode<K, V>) header).split(this, newTab, j, oldCap);
}
// 链表节点切分(!精髓!), (header.hash & oldCap) == 0 的节点放在前oldCap位, 其余的放在后半部分
// 原来的hash计算是 header.hash & (oldCap- 1), doubleSize后计算 header.hash & oldCap,
//
// 因为oldCap肯定是2的幂次, 所以只有一个高位1, 而计算 hash&(oldCap-1)时忽略了header.hash的最高位, 所以这一堆链表节点才会在这一个链表里
// 而header.hash & oldCap的结果反应的就是hash值的对应高位是否为1, 如果为1则插入高位, 为0说明本来就该在低位
else {
// 放在新table低位的链表头尾
Node<K, V> loHead = null, loTail = null;
// 放在新table高位的链表头尾
Node<K, V> hiHead = null, hiTail = null;
Node<K, V> next;
do {
next = header.next;
// 无需重hash的精髓!!
if ((header.hash & oldCap) == 0) {
if (loTail == null)
loHead = header;
else
loTail.next = header;
loTail = header;
} else {
if (hiTail == null)
hiHead = header;
else
hiTail.next = header;
hiTail = header;
}
} while ((header = next) != null);
// 低尾节点不为null, 把低头节点放在新table的低位
if (loTail != null) {
loTail.next = null;
newTab[j] = loHead;
}
// 高尾节点不为null, 把高头节点放在新table的高位
if (hiTail != null) {
hiTail.next = null;
newTab[j + oldCap] = hiHead;
}
}
}
}
}
return newTab;
}
/**
* 把链表转化为树
*/
final void treeifyBin(Node<K, V>[] tab, int hash) {
int tabLength, index;
Node<K, V> e; // 遍历node
// 如果tab太小, 直接调用resize, 可能就不用转化为tree了
if (tab == null || (tabLength = tab.length) < MIN_TREEIFY_CAPACITY) {
resize();
}
// 正常tableSize, 需要转化. 首先找到对应位置
else if ((e = tab[index = (tabLength - 1) & hash]) != null) {
TreeNode<K, V> header = null, tail = null;
do {
// 依次转化为TreeNode
TreeNode<K, V> p = replacementTreeNode(e, null);
if (tail == null)
header = p;
else {
p.prev = tail;
tail.next = p;
}
tail = p;
} while ((e = e.next) != null);
if ((tab[index] = header) != null)
// 格式化treeNode, 令其满足红黑树规则
header.treeify(tab);
}
}
Remove相关
/**
* Removes the mapping for the specified key from this map if present.
*
* @param key key whose mapping is to be removed from the map
* @return the previous value associated with <tt>key</tt>, or
* <tt>null</tt> if there was no mapping for <tt>key</tt>.
* (A <tt>null</tt> return can also indicate that the map
* previously associated <tt>null</tt> with <tt>key</tt>.)
*/
public V remove(Object key) {
Node<K, V> e;
return (e = removeNode(hash(key), key, null, false, true)) == null ? null : e.value;
}
/**
* Implements Map.remove and related methods
*
* @param hash hash for key
* @param key the key
* @param value the value to match if matchValue, else ignored
* @param matchValue if true only remove if value is equal
* @param movable if false do not move other nodes while removing
* @return the node, or null if none
*/
final Node<K, V> removeNode(int hash, Object key, Object value, boolean matchValue, boolean movable) {
Node<K, V>[] tab;
Node<K, V> header; // 对应位置的头节点
int n, index;
// 如果有该hash对应的节点
if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 && (header = tab[index = (n - 1) & hash]) != null) {
// 待删除的点
Node<K, V> node = null;
// 用于遍历的node
Node<K, V> e;
K k;
V v;
// 恰好是第一位
if (header.hash == hash && ((k = header.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
node = header;
else if ((e = header.next) != null) {
// 树结构查找
if (header instanceof TreeNode)
node = ((TreeNode<K, V>) header).getTreeNode(hash, key);
else {
// 链表遍历
do {
if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) {
node = e;
break;
}
header = e;
} while ((e = e.next) != null);
}
}
// 找到了这个点
if (node != null && (!matchValue || (v = node.value) == value || (value != null && value.equals(v)))) {
// 调用红黑树的remove
if (node instanceof TreeNode)
((TreeNode<K, V>) node).removeTreeNode(this, tab, movable);
// 以下两种情况均是链表前移
else if (node == header)
tab[index] = node.next;
else
header.next = node.next;
++modCount;
--size;
afterNodeRemoval(node);
return node;
}
}
return null;
}