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jdk1.8中HashMap的插入扩容源码学习分析

一、成员变量

首先介绍HashMap中各个成员变量的作用，在HashMap中有以下成员变量

• size记录了HashMap中键值对的个数

• loadFactor（加载因子）用来决定size达到容量的百分之多少时触发扩容机制

  • 默认是0.75 static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;

• capacity（容量），这只是个概念，具体变量是下面两个，决定整个HashMap能装多少键值对

  • 默认是16static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; // aka 16
  • 最大容量2的30次方static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;

• threshold（阈值），当键值对的个数（size）大于阈值（threshold）时，HashMap会触发扩容机制

  • 阈值=容量*加载因子

• 树化

  • 阈值，默认是8static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8;
  • 最小树化容量static final int MIN_TREEIFY_CAPACITY = 64;
  • 当容量大于64且链表长度大于8时才会进行树化

• 反树化

  • 阈值，默认是6static final int UNTREEIFY_THRESHOLD = 6;
  • 当已经树化的元素个数小于6的时候反树化为链表

• modCount计数器

• table用来储存元素，长度总是二的幂

• entrySet保存entrySet()的缓存

二、重要的内部类

HashMap中涉及到两个非常重要的内部类分别是链表节点以及树节点

链表节点中记录了K-V的值以及相应的hash值以及指向下一个节点的指针，重写了hashCode和equals方法

这是一颗红黑树，关于红黑树的具体介绍可以参考我的文章红黑树简介

三、添加元素

public V put(K key, V value) { return putVal(hash(key), key, value, false, true); 
} 
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) // 调用扩容函数初始化tablen = (tab = resize()).length; // 如果桶中不包含键值对节点引用，则将新键值对节点的引用存入桶中即可 if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null) tab[i] = newNode(hash, key, value, null); else { Node<K,V> e; K k; // 如果键的值以及节点 hash 等于链表中的第一个键值对节点时，则将 e 指向该键值对 if (p.hash == hash && ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) e = p; // 如果第一个元素是树节点，则调用树节点的putTreeVal插入元素else if (p instanceof TreeNode) e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);else { // 遍历这个桶对应的链表，binCount用于存储链表中元素的个数for (int binCount = 0; ; ++binCount) { // 链表中不包含要插入的键值对节点时，则将该节点接在链表的最后 if ((e = p.next) == null) { p.next = newNode(hash, key, value, null); // 如果链表长度大于或等于树化阈值，则调用树化函数，由于第一个元素没有在bigCount中所以+1if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st // 观察这个方法其实可以发现，树化条件不仅仅是达到阈值，还要求数组长度大于64treeifyBin(tab, hash); break; } // 条件为 true，表示当前链表包含要插入的键值对，终止遍历 if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) break;p = e; } } // 判断要插入的键值对是否存在 HashMap 中 if (e != null) { // existing mapping for key V oldValue = e.value; // onlyIfAbsent 表示是否仅在 oldValue 为 null 的情况下更新键值对的值 if (!onlyIfAbsent || oldValue == null) e.value = value; afterNodeAccess(e); return oldValue; } } ++modCount; // 键值对数量超过阈值时，则进行扩容 if (++size > threshold) resize(); afterNodeInsertion(evict); return null; }

误区：树化机制其实是数组长度大于64并且链表长度达到阈值才会触发

final void treeifyBin(Node<K,V>[] tab, int hash) {int n, index; Node<K,V> e;if (tab == null || (n = tab.length) < MIN_TREEIFY_CAPACITY)// 小于最小树化长度触发的实际上是扩容函数resize();else if ((e = tab[index = (n - 1) & hash]) != null) {TreeNode<K,V> hd = null, tl = null;do {TreeNode<K,V> p = replacementTreeNode(e, null);if (tl == null)hd = p;else {p.prev = tl;tl.next = p;}tl = p;} while ((e = e.next) != null);if ((tab[index] = hd) != null)hd.treeify(tab);}}

四、扩容机制

当HashMap中的元素个数（size）超过临界值（threshold = loadFactor * capacity）时就会自动扩容。下面是扩容函数的详解，参考博客，以及根据详解绘制的流程图

final Node<K,V>[] resize() {// 将当前数组赋给oldTabNode<K,V>[] oldTab = table;// 假如oldTab是空就返回0，否则返回数组长度给oldCapint oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length;// 将阈值threshold赋给oldThr int oldThr = threshold;//声明newCap新数组长度，和newThr 新阈值int newCap, newThr = 0;//假如旧数组长度大于0if (oldCap > 0) {// 判断旧数组长度是否超过了最大限制长度MAXIMUM_CAPACITY，超过了就重新赋值阈值threshold 为MAX_VALUE，并且返回旧数组if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) {threshold = Integer.MAX_VALUE;return oldTab;}//旧数组长度小于最大限制长度// 判断扩容后的数组是否大于最大限制长度MAXIMUM_CAPACITY，判断旧数组是否大于默认大小，都满足的话扩容数组，新数组大小为旧数组*2(先左移一位)else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY &&oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)newThr = oldThr << 1; // double threshold}//假如旧阈值大于0，新数组大小等于旧阈值大小（初始化给了阈值定义了数组大小的情况）else if (oldThr > 0) // initial capacity was placed in thresholdnewCap = oldThr;// 假如旧阈值小于0（初始化方法什么都没给，无参的那种构造函数的情况），直接赋默认初始值，数组大小16，阈值0.75(DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)else {               // zero initial threshold signifies using defaultsnewCap = 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);}// 更新阈值threshold threshold = newThr;@SuppressWarnings({"rawtypes","unchecked"})//根据新的数组大小创建新的数组Node<K,V>[] newTab = (Node<K,V>[])new Node[newCap];//更新数组table = newTab;//假如原来的表里有数据if (oldTab != null) {// 遍历旧的数组for (int j = 0; j < oldCap; ++j) {//临时节点 eNode<K,V> e;//遍历旧数组里面每一个节点，将有数据的节点赋值给eif ((e = oldTab[j]) != null) {oldTab[j] = null;//假如只有一个头节点，将节点搬到新数组e.hash与新数组大小取模的下标位置上if (e.next == null)newTab[e.hash & (newCap - 1)] = e;// 假如是红黑树则执行红黑树搬运方法splitelse if (e instanceof TreeNode)((TreeNode<K,V>)e).split(this, newTab, j, oldCap);//假如是链表else { // preserve order//因为扩容是容量翻倍，所以原链表上的每个节点，现在可能存放在原来的下标，即low位， 或者扩容后的下标，即high位。 high位=  low位+原哈希桶容量// 低位链表的头结点、尾节点Node<K,V> loHead = null, loTail = null;// 高位链表的头节点、尾节点Node<K,V> hiHead = null, hiTail = null;Node<K,V> next;do {next = e.next;//  利用哈希值 与 旧的容量，可以得到哈希值去模后，是大于等于oldCap还是小于oldCap，等于0代表小于oldCap，应该存放在低位，否则存放在高位if ((e.hash & oldCap) == 0) {if (loTail == null)loHead = e;elseloTail.next = e;loTail = e;}else {if (hiTail == null)hiHead = e;elsehiTail.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;}

算法流程图如下