HashMap源码分析 以及List、Set、Map的讲解

接着讲集合

Java 中List、Set、Map

下面四句话-----------------借鉴地址：http://blog.csdn.net/speedme/article/details/22398395

世间上本来没有集合,(只有数组参考C语言)但有人想要,所以有了集合 

有人想有可以自动扩展的数组,所以有了List 

有的人想有没有重复的数组,所以有了set 

有人想有自动排序的数组,所以有了TreeSet,TreeList,Tree**

 

将这些之前强调一遍他们的所属关系

Collection和Map属于不同树上的元素，所以只有List和Set在Collection下 !!!

所属关系：

1、Collection:

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           --List：将以特定次序存储元素。取出来的顺序可能和放入顺序不同。

           --ArrayList / LinkedList / Vector

           --Set ： 不能含有重复的元素

                       --HashSet / TreeSet

2、Map

     --HashMap

     --HashTable

     --TreeMap

一、List 有两种

ArrayList和LinkedList 两者区别显而易见，前面的文章也提到了就不讲了。想看的可以打开下面的链接

https://blog.csdn.net/qq_38983577/article/details/81673625

 

二、Set 三种  不允许重复的集合

HashSet 散列类 无序

LinkedHashSet  有序，保持着元素插入的顺序

TreeSet  因为是树所以肯定是有序的

 

三、Map 三种 HashMap、LinkedHashMap、TreeMap

这个Map方面问的比较多的就是HashMap的源码了，

众所周知 在JDK1.8中 HashMap是基于数组、链表、红黑树的

以下参考自 https://www.cnblogs.com/Michaelwjw/p/6411176.html

接下来会从以下几个方面介绍 HashMap 源码相关知识：HashMap 源码相关知识：

　　1、HashMap 存储结构

　　2、HashMap 各常量、成员变量作用

　　3、HashMap 几种构造方法

　　4、HashMap hash算法

　　5、HashMap 重要的几个方法

1、存储结构如图，数组、链表、

 

红黑树（链表长度大于8时转换成红黑树）

    2、HashMap 各常量、成员变量作用

    //初始默认大小 16
    static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4;

    //HashMap的最大值容量
    static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;

    //这就是所谓的装载因子，当 HashMap 中元素数量超过 容量*装载因子 时，进行resize()操作
    //就是超过了这个点就resize()调整大小
    static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;

    //链表转换成红黑树的临界值，就是超过8变成红黑树
    static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8;

    //红黑树转换成链表的临界值
    static final int UNTREEIFY_THRESHOLD = 6;

    /* 当需要将解决 hash 冲突的链表转变为红黑树时，需要判断下此时数组容量，
    若是由于数组容量太小（小于　MIN_TREEIFY_CAPACITY　）导致的 hash 冲突太多，
    则不进行链表转变为红黑树操作，转为利用　resize() 函数对　hashMap 扩容　*/
    static final int MIN_TREEIFY_CAPACITY = 64;

3、HashMap 几种构造方法

  （1）int,float 参数类型的方法

    public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {
       //初始容量不能小于零，否则抛异常
        if (initialCapacity < 0)
            throw new IllegalArgumentException("Illegal initial capacity: " +
                    initialCapacity);

	//初始容量不能大于最大值，否则为最大值
        if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY)
            initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY;

	//填充因子必须大于0，且必须为数字
        if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor))
            throw new IllegalArgumentException("Illegal load factor: " +
                    loadFactor);

	//初始化填充因子
        this.loadFactor = loadFactor;

	//初始化threshold大小
        this.threshold = tableSizeFor(initialCapacity);
    }

众所周知这个tableSizeFor(initialCapacity)返回大于initialCapacity的最小的二次幂数值。！！！具体看下文

static final int tableSizeFor(int cap) {
    int n = cap - 1;
    n |= n >>> 1;
    n |= n >>> 2;
    n |= n >>> 4;
    n |= n >>> 8;
    n |= n >>> 16;
    return (n < 0) ? 1 : (n >= MAXIMUM_CAPACITY) ? MAXIMUM_CAPACITY : n + 1;
}

// 无符号右移 高位取0 >>>
java中有三种移位运算符

<<      :     左移运算符，num << n,相当于num乘以2的n次方

>>      :     右移运算符，num >> n,相当于num除以2的n次方

>>>    :     无符号右移，忽略符号位，空位都以0补齐 ,说白了就是右边删n个位，比如 10101111>>>5=101

记住没有无符号左移！！！！

这几行无符号右移写的相当精巧

    n |= n >>> 1；n |= n >>> 2;n |= n >>> 4; n |= n >>> 8;n |= n >>> 16;

依次将输入的值的所有位的变成了1。比如开始的n为 0 1 X X X ->  结束后的为 0 1 1 1 1

然后结尾就是一个嵌套的三目运算符。

n小于0，返回1。

否则若n大于等于最大值容量，则返回最大值容量 MAXIMUM_CAPACITY。

若小于则返回n+1.

刚好实现了返回只大于的 输入值cap 一位的二的幂次方

也就是 众所周知的 tableSizeFor(initialCapacity)返回大于initialCapacity的最小的二次幂数值。

细节可以看这一篇 https://blog.csdn.net/dagelailege/article/details/52972970

（2）int 参数类型的方法

public HashMap(int initialCapacity) {
    // 调用HashMap(int, float)型构造函数
    this(initialCapacity, DEFAULT_LOAD_FACTOR);
}

（3）无参数类型的方法

public HashMap() {
    // 初始化填充因子
    this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR; 
}

（4）Map<...>参数类型的方法

public HashMap(Map<? extends K, ? extends V> m) {
    // 初始化填充因子
    this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR;
    // 将m中的所有元素添加至HashMap中
    putMapEntries(m, false);
}

  而这个putMapEntries(Map<? extends K, ? extends V> m, boolean evict)函数将m的所有元素存入本HashMap实例中。

　/*注 loadFactor 填充因子 
       MAXIMUM_CAPACITY 最大值容量
       threshold  即前面三目运算那个函数的返回值
   */

 final void putMapEntries(Map<? extends K, ? extends V> m, boolean evict) {
        int s = m.size();
        if (s > 0) {
	    //判断table有没有初始化
            if (table == null) { // pre-size
                // 未初始化，s为m的实际元素个数
                float ft = ((float)s / loadFactor) + 1.0F;
                int t = ((ft < (float)MAXIMUM_CAPACITY) ?
                        (int)ft : MAXIMUM_CAPACITY);
                // 计算得到的t大于临界值，则初始化临界值
                if (t > threshold)
                    threshold = tableSizeFor(t);
            }
	    //已经初始化后，如果输入的m大于临界值，就进行扩容
            else if (s > threshold)
                resize();
            //将m中元素放入HashMap中
            for (Map.Entry<? extends K, ? extends V> e : m.entrySet()) {
                K key = e.getKey();
                V value = e.getValue();
                putVal(hash(key), key, value, false, evict);
            }
        }
    }

 4、hash算法介绍 拜读博客 ：https://www.cnblogs.com/xiaoxi/p/7233201.html

      关于这个hashcode算法小编也总结了一下，

      https://blog.csdn.net/qq_38983577/article/details/81741938

      注（

             ^  -----异或，不相同为1，相同为0

             >>> -----无符号右移，比如 10001101>>>5 = 100

            ）

      jdk 1.8的hash算法如下  看不懂可先看后面的重要方法

static final int hash(Object key) {
    int h;
    return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
}

（1）获取对象的hashCode()值，然后将hashCode值右移16位，然后将右移后的值与原来的hashCode做异或运算，返回结果。

（2）在putVal源码中，我们通过(n-1)&hash获取该对象的键在hashmap中的位置，算出来的话也就是插入hash数组的位置

         因为&运算的效率高于%运算，运算效率这个就自己去认识一下了。（其中hash的值就是（1）中获得的值）

其中n表示的是hash数组的长度，并且该长度为2的n次方，这样(n-1)&hash就等价于hash%n。

一个十进制数对一个2的n次方 的数取余，我们可以将这个十进制转换为二进制数，将这个二进制数右移n位，移掉的这 n 位数即是余数。

关于为什么等价这里有一篇链接：

https://www.cnblogs.com/ysocean/p/9054804.html

final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,
                boolean evict) {
    ...

    if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)//获取位置
        tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
    ...
}

 tab即是table，n是map集合的容量大小，hash是上面方法的返回值。因为通常声明map集合时不会指定大小，或者初始化的时候就创建一个容量很大的map对象，所以这个通过容量大小与key值进行hash的算法在开始的时候只会对低位进行计算，虽然容量的2进制高位一开始都是0，但是key的2进制高位通常是有值的，因此先在hash方法中将key的hashCode右移16位在与自身异或，使得高位也可以参与hash，更大程度上减少了碰撞率。

下面举例说明下，n为table的长度。

5、重要方法分析 

 （1）putVal方法

HashMap并没有直接提供putVal接口给用户调用，我们用的时的put方法，而put方法就是通过putVal来插入元素。

public V put(K key, V value) {
    // 对key的hashCode()做hash 
    return putVal(hash(key), key, value, false, true);  
} 

（2）putVal()方法 来自 https://www.cnblogs.com/xiaoxi/p/7233201.html

①.判断键值对数组table[i]是否为空或为null，否则执行resize()进行扩容；

②.根据键值key计算hash值得到插入的数组索引i，如果table[i]==null，直接新建节点添加，转向⑥，如果table[i]不为空，转向③；

③.判断table[i]的首个元素是否和key一样，如果相同直接覆盖value，否则转向④，这里的相同指的是hashCode以及equals；

④.判断table[i] 是否为treeNode，即table[i] 是否是红黑树，如果是红黑树，则直接在树中插入键值对，否则转向⑤；

⑤.遍历table[i]，判断链表长度是否大于8，大于8的话把链表转换为红黑树，在红黑树中执行插入操作，否则进行链表的插入操作；遍历过程中若发现key已经存在直接覆盖value即可；

⑥.插入成功后，判断实际存在的键值对数量size是否超多了最大容量threshold，如果超过，进行扩容。

final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,
                   boolean evict) {
    Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, i;
    // 步骤①：tab为空则创建 
    // table未初始化或者长度为0，进行扩容
    if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
        n = (tab = resize()).length;
    // 步骤②：计算index，并对null做处理  
    // (n - 1) & hash 确定元素存放在哪个桶中，桶为空，新生成结点放入桶中(此时，这个结点是放在数组中)
    if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
        tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
    // 桶中已经存在元素
    else {
        Node<K,V> e; K k;
        // 步骤③：节点key存在，直接覆盖value 
        // 比较桶中第一个元素(数组中的结点)的hash值相等，key相等
        if (p.hash == hash &&
            ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                // 将第一个元素赋值给e，用e来记录
                e = p;
        // 步骤④：判断该链为红黑树 
        // hash值不相等，即key不相等；为红黑树结点
        else if (p instanceof TreeNode)
            // 放入树中
            e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
        // 步骤⑤：该链为链表 
        // 为链表结点
        else {
            // 在链表最末插入结点
            for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
                // 到达链表的尾部
                if ((e = p.next) == null) {
                    // 在尾部插入新结点
                    p.next = newNode(hash, key, value, null);
                    // 结点数量达到阈值，转化为红黑树
                    if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st
                        treeifyBin(tab, hash);
                    // 跳出循环
                    break;
                }
                // 判断链表中结点的key值与插入的元素的key值是否相等
                if (e.hash == hash &&
                    ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                    // 相等，跳出循环
                    break;
                // 用于遍历桶中的链表，与前面的e = p.next组合，可以遍历链表
                p = e;
            }
        }
        // 表示在桶中找到key值、hash值与插入元素相等的结点
        if (e != null) { 
            // 记录e的value
            V oldValue = e.value;
            // onlyIfAbsent为false或者旧值为null
            if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
                //用新值替换旧值
                e.value = value;
            // 访问后回调
            afterNodeAccess(e);
            // 返回旧值
            return oldValue;
        }
    }
    // 结构性修改
    ++modCount;
    // 步骤⑥：超过最大容量 就扩容 
    // 实际大小大于阈值则扩容
    if (++size > threshold)
        resize();
    // 插入后回调
    afterNodeInsertion(evict);
    return null;
}

（3）getNode方法

说明：HashMap同样并没有直接提供getNode接口给用户调用，而是提供的get方法，而get方法就是通过getNode来取得元素的。

public V get(Object key) {
    Node<k,v> e;
    return (e = getNode(hash(key), key)) == null ? null : e.value;
}

final Node<K,V> getNode(int hash, Object key) {
    Node<K,V>[] tab; Node<K,V> first, e; int n; K k;
    // table已经初始化，长度大于0，根据hash寻找table中的项也不为空
    if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 &&
        (first = tab[(n - 1) & hash]) != null) {
        // 桶中第一项(数组元素)相等
        if (first.hash == hash && // always check first node
            ((k = first.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
            return first;
        // 桶中不止一个结点
        if ((e = first.next) != null) {
            // 为红黑树结点
            if (first instanceof TreeNode)
                // 在红黑树中查找
                return ((TreeNode<K,V>)first).getTreeNode(hash, key);
            // 否则，在链表中查找
            do {
                if (e.hash == hash &&
                    ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                    return e;
            } while ((e = e.next) != null);
        }
    }
    return null;
}

（4）resize方法

①.在jdk1.8中，resize方法是在hashmap中的键值对大于阀值时或者初始化时，就调用resize方法进行扩容；

②.每次扩展的时候，都是扩展2倍；

③.扩展后Node对象的位置要么在原位置，要么移动到原偏移量两倍的位置。

final Node<K,V>[] resize() {
    Node<K,V>[] oldTab = table;//oldTab指向hash桶数组
    int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length;
    int oldThr = threshold;
    int newCap, newThr = 0;
    if (oldCap > 0) {//如果oldCap不为空的话，就是hash桶数组不为空
        if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) {//如果大于最大容量了，就赋值为整数最大的阀值
            threshold = Integer.MAX_VALUE;
            return oldTab;//返回
        }//如果当前hash桶数组的长度在扩容后仍然小于最大容量 并且oldCap大于默认值16
        else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY &&
                 oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)
            newThr = oldThr << 1; // double threshold 双倍扩容阀值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];//新建hash桶数组
    table = newTab;//将新数组的值复制给旧的hash桶数组
    if (oldTab != null) {//进行扩容操作，复制Node对象值到新的hash桶数组
        for (int j = 0; j < oldCap; ++j) {
            Node<K,V> e;
            if ((e = oldTab[j]) != null) {//如果旧的hash桶数组在j结点处不为空，复制给e
                oldTab[j] = null;//将旧的hash桶数组在j结点处设置为空，方便gc
                if (e.next == null)//如果e后面没有Node结点
                    newTab[e.hash & (newCap - 1)] = e;//直接对e的hash值对新的数组长度求模获得存储位置
                else if (e instanceof TreeNode)//如果e是红黑树的类型，那么添加到红黑树中
                    ((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;//将Node结点的next赋值给next
                        if ((e.hash & oldCap) == 0) {//如果结点e的hash值与原hash桶数组的长度作与运算为0
                            if (loTail == null)//如果loTail为null
                                loHead = e;//将e结点赋值给loHead
                            else
                                loTail.next = e;//否则将e赋值给loTail.next
                            loTail = e;//然后将e复制给loTail
                        }
                        else {//如果结点e的hash值与原hash桶数组的长度作与运算不为0
                            if (hiTail == null)//如果hiTail为null
                                hiHead = e;//将e赋值给hiHead
                            else
                                hiTail.next = e;//如果hiTail不为空，将e复制给hiTail.next
                            hiTail = e;//将e复制个hiTail
                        }
                    } while ((e = next) != null);//直到e为空
                    if (loTail != null) {//如果loTail不为空
                        loTail.next = null;//将loTail.next设置为空
                        newTab[j] = loHead;//将loHead赋值给新的hash桶数组[j]处
                    }
                    if (hiTail != null) {//如果hiTail不为空
                        hiTail.next = null;//将hiTail.next赋值为空
                        newTab[j + oldCap] = hiHead;//将hiHead赋值给新的hash桶数组[j+旧hash桶数组长度]
                    }
                }
            }
        }
    }
    return newTab;
}

最后一段基本上都是copy的，等小编折回时间一定自己慢慢整理hash，现在太紧了

https://www.cnblogs.com/xiaoxi/p/7233201.html