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HashMap原理(二) 扩容机制及存取原理
2019-08-14 00:08:16 】 浏览:18
Tags:HashMap 原理 扩容 机制 存取

我们在上一个章节《HashMap原理(一) 概念和底层架构》中讲解了HashMap的存储数据结构以及常用的概念及变量,包括capacity容量,threshold变量和loadFactor变量等。本章主要讲解HashMap的扩容机制及存取原理。


先回顾一下基本概念:


table变量:HashMap的底层数据结构,是Node类的实体数组,用于保存key-value对;


capacity:并不是一个成员变量,但却是一个必须要知道的概念,表示容量;


size变量:表示已存储的HashMap的key-value对的数量;


loadFactor变量:装载因子,用于衡量满的程度;


threshold变量:临界值,当超出该值时,表示table表示该扩容了;


HashMap使用哈希算法得到数组中保存的位置,然后调用put方法将key-value对保存到table变量中。我们通过图来演示一下存储的过程。



简单解释一下:


1)通过hash(Object key)算法得到hash值;


2)判断table是否为null或者长度为0,如果是执行resize()进行扩容;


3)通过hash值以及table数组长度得到插入的数组索引i,判断数组table[i]是否为空或为null;
4)如果table[i] == null,直接新建节点添加,转向 8),如果table[i]不为空,转向 5);
5)判断table[i]的首个元素是否和key一样,如果相同直接覆盖value,这里的相同指的是hashCode以及equals,否则转向 6);
6)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7);
7)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;
8)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。


我们关注一下这里面最重要的三个方法,hash(),putVal(),resize().


我们通过hash方法计算索引,得到数组中保存的位置,看一下源码


我们可以看到HashMap中的hash算法是通过key的hashcode值与其hashcode右移16位后得到的值进行异或运算得到的,那么为什么不直接使用key.hashCode(),而要进行异或操作?我们知道hash的目的是为了得到进行索引,而hash是有可能冲突的,也就是不同的key得到了同样的hash值,这样就很容易产业碰撞,如何减少这种情况的发生呢,就通过上述的hash(Object key)算法将hashcode 与 hashcode的低16位做异或运算,混合了高位和低位得出的最终hash值,冲突的概率就小多了。举个例子:


我们的hash(Object key)算法一个道理,最终的hash值混合了高位和低位的信息,掺杂的元素多了,那么最终hash值的随机性越大,而HashMap的table下标依赖于最终hash值与table.length()-1的&运算,这里的&运算类似于挑包子的过程,自然冲突就小得多了。计算过程如下:


最开始的hashCode: 1111 1111 1111 1111 0100 1100 0000 1010


右移16位的hashCode:0000 0000 0000 0000 1111 1111 1111 1111


异或运算后的hash值: 1111 1111 1111 1111 1011 0011 1111 0101


通过putVal方法将传递的key-value对添加到数组table中。


HashMap通过resize()方法进行扩容,容量规则为2的幂次


我们先简单说一下get(Object key)流程,通过传入的key通过hash()算法得到hash值,在通过(n - 1) & hash找到数组下标,如果数组下标所对应的node值正好key一样就返回,否则找到node.next找到下一个节点,看是否是treenNode,如果是,遍历红黑树找到对应node,如果不是遍历链表找到node。我们看一下源码


这几个方法是核心,虽然HashMap还有很多常用方法,不过大体和这几个方法有关,或者实现逻辑相似,这里就不再多说了。


本文在上一章基本概念和底层结构的基础上,从源码的角度讲解了扩容机制以及存取原理,主要分析了put方法和get方法,put方法的核心为hash(),putVal(),resize(),get方法的核心为getNode(),若有不对之处,请批评指正,望共同进步,谢谢!



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