jdk1.8 HashMap 實現 數組+鏈表/紅黑樹

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一、前言

　　在分析jdk1.8后的HashMap源碼時，發現網上好多分析都是基於之前的jdk，而Java8的HashMap對之前做了較大的優化，其中最重要的一個優化就是桶中的元素不再唯一按照鏈表組合，也可以使用紅黑樹進行存儲，總之，目標只有一個，那就是在安全和功能性完備的情況下讓其速度更快，提升性能。好~下面就開始分析源碼。

二、HashMap數據結構

　　

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

　　說明：上圖很形象的展示了HashMap的數據結構（數組+鏈表+紅黑樹），桶中的結構可能是鏈表，也可能是紅黑樹，紅黑樹的引入是為了提高效率。所以可見，在分析源碼的時候我們不知不覺就溫習了數據結構的知識點，一舉兩得。

三、HashMap源碼分析

　　3.1 類的繼承關系　

public class HashMap<K,V> extends AbstractMap<K,V> implements Map<K,V>, Cloneable, Serializable

　　可以看到HashMap繼承自父類（AbstractMap），實現了Map、Cloneable、Serializable接口。其中，Map接口定義了一組通用的操作；Cloneable接口則表示可以進行拷貝，在HashMap中，實現的是淺層次拷貝，即對拷貝對象的改變會影響被拷貝的對象；Serializable接口表示HashMap實現了序列化，即可以將HashMap對象保存至本地，之后可以恢復狀態。

　　3.2 類的屬性　

 

 

 

 

　　說明：類的數據成員很重要，以上也解釋得很詳細了，其中有一個參數MIN_TREEIFY_CAPACITY，筆者暫時還不是太清楚，有讀者知道的話歡迎指導。

　　3.3 類的構造函數

　　1. HashMap(int, float)型構造函數

 

　　說明：tableSizeFor(initialCapacity)返回大於initialCapacity的最小的二次冪數值。

 

　　說明：>>> 操作符表示無符號右移，高位取0。

　　2. HashMap(int)型構造函數。

 

　　3. HashMap()型構造函數。

 

　　4. HashMap(Map<? extends K>)型構造函數。

 

　　說明：putMapEntries(Map<? extends K, ? extends V> m, boolean evict)函數將m的所有元素存入本HashMap實例中。　

 

　　3.4 重要函數分析

　　1. putVal函數　　

 

　　說明：HashMap並沒有直接提供putVal接口給用戶調用，而是提供的put函數，而put函數就是通過putVal來插入元素的。

　　2. getNode函數

 

　　說明：HashMap並沒有直接提供getNode接口給用戶調用，而是提供的get函數，而get函數就是通過getNode來取得元素的。

　　3. resize函數　　

 

　　說明：進行擴容，會伴隨着一次重新hash分配，並且會遍歷hash表中所有的元素，是非常耗時的。在編寫程序中，要盡量避免resize。

　　在resize前和resize后的元素布局如下

　　說明：上圖只是針對了數組下標為2的桶中的各個元素在擴容后的分配布局，其他各個桶中的元素布局可以以此類推。

四、針對HashMap的思考

　　4.1. 關於擴容的思考

　　從putVal源代碼中我們可以知道，當插入一個元素的時候size就加1，若size大於threshold的時候，就會進行擴容。假設我們的capacity大小為32，loadFator為0.75,則threshold為24 = 32 * 0.75，此時，插入了25個元素，並且插入的這25個元素都在同一個桶中，桶中的數據結構為紅黑樹，則還有31個桶是空的，也會進行擴容處理，其實，此時，還有31個桶是空的，好像似乎不需要進行擴容處理，但是是需要擴容處理的，因為此時我們的capacity大小可能不適當。我們前面知道，擴容處理會遍歷所有的元素，時間復雜度很高；前面我們還知道，經過一次擴容處理后，元素會更加均勻的分布在各個桶中，會提升訪問效率。所以，說盡量避免進行擴容處理，也就意味着，遍歷元素所帶來的壞處大於元素在桶中均勻分布所帶來的好處。如果有讀者有不同意見，也歡迎討論~