源码学习day02 （HashMap）
基本参数
/**
* 默认的桶容量，即初始数组大小
*/
static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4;
/**
* 最大的数组大小
*/
static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;
/**
* 负载因子 决定在达到数组大小多少时进行扩容
*/
static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;
/**
* 连表长度达到8时将转换成红黑树
*/
static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8;
/**
* 红黑树节点小于6时将会退化成链表
*/
static final int UNTREEIFY_THRESHOLD = 6;
/**
* 连表长度达到8时且数组长度达到64转换成红黑树
*/
static final int MIN_TREEIFY_CAPACITY = 64;
第一个问题，为什么初始容量大小位16呢？要知道这个问题首先要清楚为什么数组（桶）长度一定是2的x次方，根据官方解释这样做的目的是为了减少hash冲突，元素在数组中的存放是根据hash计算得出的，即
int index =key.hashCode()&(length-1);
简单计算一下
假设 length = 8，hash值为 3
3的二进制 0000 0011
7的二进制 0000 0111
结果 0000 0011 3
hash值为2呢
2的二进制 0000 0010
结果 0000 0010 2
假设 length=9，hash值为 3
8的二进制 0000 1000
3的二进制 0000 0011
结果 0000 0000 0
hash值为2呢
16的二进制 0000 0010
结果 0000 0000 0
由这两个运算可以看出，当长度为二的n次方-1时，得到的结果总是以数组长度-1为主，减少了进行运算时所得的结果相同的概率。
第二个问题，什么是负载因子?为什么负载因子的大小是0.75?
负载因子是在数组长度确定的情况下，用来计算数组所需要扩容时的值，例如数组长的为16，
16 * 0.75 = 12， 即数组大小在达到12时就需要进行扩容。那么为什么要是0.75呢， 官方也给出了解0释，负载因子太小会造成资源浪费，比如0.5的话，数组在达到长度的他一般时就要进行扩容，而0.9的话，会增加hash碰撞的概率，从而容易使数组转变为链表和红黑树，也会消耗额外的资源。
第三个问题，为什么要在链表长度为8是转化为红黑树，在链表长度为6时再退化成链表？
官方给出的解释是概率问题
* 0: 0.60653066
* 1: 0.30326533
* 2: 0.07581633
* 3: 0.01263606
* 4: 0.00157952
* 5: 0.00015795
* 6: 0.00001316
* 7: 0.00000094
* 8: 0.00000006
链表长度为8出现的概率已经很小，此时出鲜红黑树的概率最低，为8就是为了减少转化为红黑树的概率，因为转化为红黑树会影响性能，而小于6重新转化为数组是因为此时查询效率链表大于红黑树。
至于为什么数组长度为64，链表长度为8时才能转化为红黑树也是因为避免hash冲突。
构造器
/**
* 有参构造，指定，数组大大小和负载因子的大小
* @param initialCapacity
* @param loadFactor
*/
public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {
if (initialCapacity < 0)
throw new IllegalArgumentException("Illegal initial capacity: " +
initialCapacity);
if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY)
initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY;
if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor))
throw new IllegalArgumentException("Illegal load factor: " +
loadFactor);
this.loadFactor = loadFactor;
this.threshold = tableSizeFor(initialCapacity);
}
/**
* 有参构造，仅指定数组的大小，负载因子位默认值
* @param initialCapacity
*/
public HashMap(int initialCapacity) {
this(initialCapacity, DEFAULT_LOAD_FACTOR);
}
/**
* 无参构造，仅指定负载因子的大小
*/
public HashMap() {
this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR; // all other fields defaulted
}
/**
* 有参构造，传入map集合，负载音质为默认值，然后将集合中的元素添加到该集合中
* @param m
*/
public HashMap(Map<? extends K, ? extends V> m) {
this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR;
putMapEntries(m, false);
}
HashMap并没有在构造器中去初始化数组的大小，而是在put方法才去将数组出初始化。构造器中仅为负载音质或者初始数组大小赋值。
重点代码解析
/**
* put方法传入key和value后调用hash方法获取到key的hash值，以便计算数组下标
*/
public V put(K key, V value) {
return putVal(hash(key), key, value, false, true);
}
/**
* 核心方法
* onlyIfAbsent 如果当前位置已存在一个值，是否替换，false是替换，true是不替换
* evict 表是否在创建模式，如果为false，则表是在创建模式。
*/
final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,
boolean evict) {
HashMap.Node<K,V>[] tab; HashMap.Node<K,V> p; int n, i;
//判断数组是否为空，如果为空则进行初始化
if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
n = (tab = resize()).length;
//如果当前下标无元素则直接赋值
if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
//有值的话则进行判断，到底是链表还是树
else {
HashMap.Node<K,V> e; K k;
//判断要插入的元素是否跟下标的元素相同，先比较hash值，再比较地址值和实际值，
//如果相等，则将将其值替换并返回旧值
if (p.hash == hash &&
((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
e = p;
//如果判断为树，直接向树种添加元素
else if (p instanceof HashMap.TreeNode)
e = ((HashMap.TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value); //判断为链表
else {
//遍历链表
for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
//找到对应的节点，如果为最后一个节点
if ((e = p.next) == null) {
p.next = newNode(hash, key, value, null);
//判断是否需要转化为红黑树
if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st
treeifyBin(tab, hash);
break;
}
//判断节点是否重复
if (e.hash == hash &&
((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
break;
p = e;
}
}
//有重复节点时使用
if (e != null) { // existing mapping for key
V oldValue = e.value;
if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
e.value = value;
afterNodeAccess(e);
return oldValue;
}
}
++modCount;
//判断添加节点之后是否需要扩容
if (++size > threshold)
resize();
afterNodeInsertion(evict);
return null;
}
/**
* 扩容或者初始话时调用
* @return
*/
final Node<K,V>[] resize() {
Node<K,V>[] oldTab = table;
//判断数组是否为空
int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length;
//之前数组的扩容阈值
int oldThr = threshold;
//新的数组高度以及阈值
int newCap, newThr = 0;
//如果之前的数组长度大于0 则新数组长度为原数组长度的2倍
if (oldCap > 0) {
//判断是否已经达到最大值
if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) {
threshold = Integer.MAX_VALUE;
return oldTab;
}
//正常扩容
else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY &&
oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)
newThr = oldThr << 1; // double threshold
}
//如果之前数组的大小为零 并且扩展阈值大于零，那么新数组的扩展阈值与之前一样
else if (oldThr > 0) // initial capacity was placed in threshold
newCap = oldThr;
//如果数组没有进行初始化
else { // zero initial threshold signifies using defaults
newCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY;
newThr = (int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY);
}
//新的阈值等于0 则计算阈值并进行赋值
if (newThr == 0) {
float ft = (float)newCap * loadFactor;
newThr = (newCap < MAXIMUM_CAPACITY && ft < (float)MAXIMUM_CAPACITY ?
(int)ft : Integer.MAX_VALUE);
}
//重新赋值
threshold = newThr;
@SuppressWarnings({"rawtypes","unchecked"})
//创建新的数组
Node<K,V>[] newTab = (Node<K,V>[])new Node[newCap];
table = newTab;
//判断旧数组是否为空
if (oldTab != null) {
将就数组清空，并将新数组进行赋值
for (int j = 0; j < oldCap; ++j) {
Node<K,V> e;
if ((e = oldTab[j]) != null) {
oldTab[j] = null;
if (e.next == null)
// e.hash & (newCap - 1) 计算存放的下标
newTab[e.hash & (newCap - 1)] = e;
//若节点是 TreeNode 节点，要进行 红黑树的 rehash 操作
else if (e instanceof TreeNode)
((TreeNode<K,V>)e).split(this, newTab, j, oldCap);
//若是链表，进行链表的 rehash 操作
else { // preserve order
Node<K,V> loHead = null, loTail = null;
Node<K,V> hiHead = null, hiTail = null;
Node<K,V> next;
do {
next = e.next;
if ((e.hash & oldCap) == 0) {
if (loTail == null)
loHead = e;
else
loTail.next = e;
loTail = e;
}
else {
if (hiTail == null)
hiHead = e;
else
hiTail.next = e;
hiTail = e;
}
} while ((e = next) != null);
if (loTail != null) {
loTail.next = null;
newTab[j] = loHead;
}
if (hiTail != null) {
hiTail.next = null;
// rehash 后节点新的位置一定为原来基础上加上 oldCap
newTab[j + oldCap] = hiHead;
}
}
}
}
}
return newTab;
}
简单解析一下创建流程
HashMap<Integer, String> hashMap = new HashMap<>();
hashMap.put(1,"aa");
当我们new 出来HashMap<>()时，会调用HashMap的无参构造器
public HashMap() {
this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR; // all other fields defaulted
}
设置值默认的负载因子0.75，
然后调用put方法
public V put(K key, V value) {
return putVal(hash(key), key, value, false, true);
}
传入key，value参数，并利用hash方法计算出key的hash值，就是得到key的hashcode后在对其二进制右移16位后取得的值进行异或操作然后传入putVal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;
}
传入后会对数组进行判空，查看数组是否将进行初始化，如果没有进行初始化就会调用resize()方法进行扩容
final Node<K,V>[] resize() {
Node<K,V>[] oldTab = table;
int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length;
int oldThr = threshold;
int newCap, newThr = 0;
if (oldCap > 0) {
if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) {
threshold = Integer.MAX_VALUE;
return oldTab;
}
else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY &&
oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)
newThr = oldThr << 1; // double threshold
}
else if (oldThr > 0) // initial capacity was placed in threshold
newCap = oldThr;
else { // zero initial threshold signifies using defaults
newCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY;
newThr = (int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY);
}
if (newThr == 0) {
float ft = (float)newCap * loadFactor;
newThr = (newCap < MAXIMUM_CAPACITY && ft < (float)MAXIMUM_CAPACITY ?
(int)ft : Integer.MAX_VALUE);
}
threshold = newThr;
@SuppressWarnings({"rawtypes","unchecked"})
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> e;
if ((e = oldTab[j]) != null) {
oldTab[j] = null;
if (e.next == null)
newTab[e.hash & (newCap - 1)] = e;
else if (e instanceof TreeNode)
((TreeNode<K,V>)e).split(this, newTab, j, oldCap);
else { // preserve order
Node<K,V> loHead = null, loTail = null;
Node<K,V> hiHead = null, hiTail = null;
Node<K,V> next;
do {
next = e.next;
if ((e.hash & oldCap) == 0) {
if (loTail == null)
loHead = e;
else
loTail.next = e;
loTail = e;
}
else {
if (hiTail == null)
hiHead = e;
else
hiTail.next = e;
hiTail = e;
}
} while ((e = next) != null);
if (loTail != null) {
loTail.next = null;
newTab[j] = loHead;
}
if (hiTail != null) {
hiTail.next = null;
newTab[j + oldCap] = hiHead;
}
}
}
}
}
return newTab;
}
传入这个方法后，也会对数组进行判空操作，并且会得到原数组的扩展阈值，之后会对原数组长度进行判断，因为我们并没有设值，所以
if (oldCap > 0) {
if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) {
threshold = Integer.MAX_VALUE;
return oldTab;
}
else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY &&
oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)
newThr = oldThr << 1; // double threshold
}
这个if不会进行
else if (oldThr > 0) // initial capacity was placed in threshold
newCap = oldThr;
因为我们的无参构造器仅指定了负载因子，并没有指定扩展阈值，所以这个if也不会进行
else { // zero initial threshold signifies using defaults
newCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY;
newThr = (int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY);
}
所以只能进行这个了，新数组的大小就等于16，扩展阈值就等于12
因为之前的数组为空所以接下来resize中的方法都不会进行
那要是再put一个值呢，在数组里面的值小于12时，会根据hash计算得到的下标进行放置
i = (n - 1) & hash
这串代码就相当于hash对数组长度取余，运算后即可得到在数组中的下标，我们都知道hashcode计算出的值会有hash冲突，也就是计算所得得到下标可能一样，这时候会如何存值呢
如果计算所得下标位置没有元素，则直接放入，
if (p.hash == hash &&
((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
e = p;
如果有值，且值实现了TreeNode，那么就直接放入红黑树中
else if (p instanceof TreeNode)
e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
如果没有实现TreeNode，那么就一定是链表了，只需判断到最后一个节点添加即可
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;
}
如果检测到新加入的节点跟之前的节点相同则会跳出循环
if (e != null) { // existing mapping for key
V oldValue = e.value;
if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
e.value = value;
afterNodeAccess(e);
return oldValue;
}
执行这串代码，替换旧值
最后会判断加入这个值之后，数组是不是达到了要扩展的阈值，如果达到了，则会扩展。
总结
经过这一段时间的源码学习，越发感觉到自己基础知识的不牢靠，看源码感觉很吃力，经常看着看着就变成了天书，只能去百度，但是这也让我学到了很多，在项目跟考核的压力下，感觉这段时间挺充实的，往后继续努力，加油！
上个图
