HashMap jdk1.7和1.8概述

大家好，我是烤鸭：
这是一篇关于HashMap的概述和底层原理的介绍。算是网上很多帖子的综合和我自己的一点想法。
HashMap在jdk1.8以前是数组+链表。

在jdk1.8以后是数组+链表+红黑树。一点点分析数据结构。

1. Map中的entry对象:

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;}}

2.load-factor负载因子和capacity容量

简单说一下存储就是node中key计算的hash值决定存储在数组中的位置的bucket(桶)。

如果hash值一样，数组中该位置的bucket(桶)里就会变成链表。
在jdk1.8，链表的长度如果>8,就会变成红黑树。

与HashMap实例相关的参数常用的有两个，load-factor负载因子和capacity容量。
简单解释一下两个参数：
loadFactor 就是创建hashMap什么时间扩容。举个例子来说：

默认new一个HashMap的capacity：16,loadFactor：0.75。

/*** Constructs an empty <tt>HashMap</tt> with the default initial capacity* (16) and the default load factor (0.75).*/public HashMap() {this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR; // all other fields defaulted}/*** The load factor used when none specified in constructor.*/static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;

16*0.75 = 12;
也就是当Map的大小达到12的时候，开始扩容。

reSize方法：

/*** 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.** @return the table*/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 thresholdnewCap = oldThr;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);}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 orderNode<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;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;}

看这句：

else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY &&oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)
newThr = oldThr << 1; // double threshold

就知道，每次扩容都是之前的2倍。第一次的大小是16，扩容后就变成32。
这里注意一下1.7和1.8的变化；
先说一下1.7的源码：

转自：http://blog.csdn.net/yimi099/article/details/62043566

3. 1.7源码

void resize(int newCapacity) {   //传入新的容量  Entry[] oldTable = table;    //引用扩容前的Entry数组  int oldCapacity = oldTable.length;  if (oldCapacity == MAXIMUM_CAPACITY) {  //扩容前的数组大小如果已经达到最大(2^30)了  threshold = Integer.MAX_VALUE; //修改阈值为int的最大值(2^31-1)，这样以后就不会扩容了  return;  }  Entry[] newTable = new Entry[newCapacity];  //初始化一个新的Entry数组  transfer(newTable);                         //！！将数据转移到新的Entry数组里  table = newTable;                           //HashMap的table属性引用新的Entry数组  threshold = (int) (newCapacity * loadFactor);//修改阈值
} void transfer(Entry[] newTable) {  Entry[] src = table;                   //src引用了旧的Entry数组  int newCapacity = newTable.length;  for (int j = 0; j < src.length; j++) { //遍历旧的Entry数组  Entry<K, V> e = src[j];             //取得旧Entry数组的每个元素  if (e != null) {  src[j] = null;//释放旧Entry数组的对象引用（for循环后，旧的Entry数组不再引用任何对象）  do {  Entry<K, V> next = e.next;  int i = indexFor(e.hash, newCapacity); //！！重新计算每个元素在数组中的位置  e.next = newTable[i]; //标记[1]  newTable[i] = e;      //将元素放在数组上  e = next;             //访问下一个Entry链上的元素  } while (e != null);  }  }
}

1.7里是每次扩容都去计算元素的hash值，从而改变该元素在数组中的位置。capacity变了，位置自然就要改变。

1.8做了优化：

do {next = e.next;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;}

解释一下什么意思。

转自：http://blog.csdn.net/brycegao321/article/details/52527236/

(e.hash & oldCap) == 0写的很赞！！！它将原来的链表数据散列到2个下标位置，概率是当前位置50%，高位位置50%。你可能有点懵比，下面举例说明。上边图中第0个下标有496和896，假设它俩的hashcode(int型，占4个字节)是

resize前：
496的hashcode: 00000000 00000000 00000000 00000000
896的hashcode: 01010000 01100000 10000000 00100000
oldCap是16: 00000000 00000000 00000000 00010000

496和896对应的e.hash & oldCap的值为0，即下标都是第0个。

resize后：
496的hashcode: 00000000 00000000 00000000 00000000
896的hashcode: 01010000 01100000 10000000 00100000
oldCap是32: 00000000 00000000 00000000 00100000

496和896对应的e.hash & oldCap的值为0和1，即下标都是第0个和第16个。

因为hashcode的第n位是0/1的概率相同，理论上链表的数据会均匀分布到当前下标或高位数组对应下标。

再说一下其他参数：
bucket桶：
数组中每一个位置上都放有一个桶，每个桶里就是装一个链表，链表中可以有很多个元素(entry)，这就是桶的意思。也就相当于把元素都放在桶中。
size:

HashMap的实例中实际存储的元素的个数。

4. threshold:

threshold = capacity * loadFactor，当Size>=threshold的时候，那么就要考虑对数组的扩增了，也就是说，这个的意思就是衡量数组是否需要扩增的一个标准。

/*** The bin count threshold for using a tree rather than list for a* bin.  Bins are converted to trees when adding an element to a* bin with at least this many nodes. The value must be greater* than 2 and should be at least 8 to mesh with assumptions in* tree removal about conversion back to plain bins upon* shrinkage.*/
static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8;

对于一个桶（容器）来说，桶的统计临界值比起list集合更用于树。
当向有多很节点的桶添加一个元素的时候，桶转换成树。这个很多节点就是8。
再说下扩容的过程：

是否扩容主要看：threshold这个参数，threshold = capacity*loadFactor，初始值是threshold = 16*0.75=12,第一次扩容capacity=capacity*2=32,threshold =threshold *2=24。

5. 1.8源码的put方法

再说一下put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;   //初始化桶，默认16个元素if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)   //如果第i个桶为空，创建Node实例tab[i] = newNode(hash, key, value, null);else { //哈希碰撞的情况， 即(n-1)&hash相等Node<K,V> e; K k;if (p.hash == hash &&((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))e = p;   //key相同，后面会覆盖valueelse if (p instanceof TreeNode)e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);  //红黑树添加当前nodeelse {for (int binCount = 0; ; ++binCount) {if ((e = p.next) == null) {p.next = newNode(hash, key, value, null);  //链表添加当前元素if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1sttreeifyBin(tab, hash);  //当链表个数大于等于7时，将链表改造为红黑树break;}if (e.hash == hash &&((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))break;p = e;}}if (e != null) { // existing mapping for keyV oldValue = e.value;if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)e.value = value;afterNodeAccess(e);return oldValue;            //覆盖key相同的value并return， 即不会执行++size}}++modCount;if (++size > threshold)    //key不相同时，每次插入一条数据自增1. 当size大于threshold时resizeresize();afterNodeInsertion(evict);return null;
}

提一个新的名词，哈希碰撞。
如果hashMap的key和key的hashCode找到数组中同一个位置，就是哈希碰撞。

哈希碰撞是产生链表的原因。

最后！！！！

1，HashMap的初始容量是16个，而且容量只能是2的幂。每次扩容时都是变成原来的2倍。
2，默认的负载因子是0.75f，threshold:16*0.75=12。即默认的HashMap实例在插入第13个数据时，会扩容为32。
3，JDK1.8对HashMap的优化，哈希碰撞后的链表上达到8个节点时要将链表重构为红黑树，查询的时间复杂度变为O(logN)。
4，通常hashMap查询的时间复杂度是O(N)，1.8以后红黑树的查询的时间复杂度是O(logN)。极少数情况不会出现哈希碰撞，那是数组，查询的时间复杂度是O(1)。
5，初始化数组或者扩容为2倍，初值为空时，则根据初始容量开辟空间来创建数组。否则，因为我们使用2的幂定义数组大小，数据要么待在原来的下标，或者移动到新数组的高位下标。

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