摘要:判断该首节点是否与插入的键值对的和一致,若一致则替换该节点的值为,否则进入下一步判断首节点是否为树节点,若是则调用树节点的方法遍历红黑树,否则遍历链表。中的方法会在链表超过树化阈值的时候,将链表转化为红黑树。
前言
由于Java 1.7和Java 1.8的HashMap的HashMap中的put()和get()方法在实现上差异很大,所以本文将于分别分析这两个版本的put()和get()f方法
下面将会分析这部分的源码,如果觉得源码分析内容太啰嗦,可以跳过源码部分,直接看源码下面的总结。
put()方法源码分析HashMap的put()方法是我们最常用的方法,但是put()方法是怎么工作的呢?
Java 1.7 put()方法public V put(K key, V value) { if (key == null)// 处理key为null的情况 return putForNullKey(value); // 计算key的hash值 int hash = hash(key); // 计算命中table的索引 int i = indexFor(hash, table.length); // 遍历命中的链表 for (Entrye = table[i]; e != null; e = e.next) { Object k; // 存在key和hash值相同则替换value if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) { V oldValue = e.value; e.value = value; e.recordAccess(this); return oldValue; } } // 记录结构性变化 modCount++; // 增加新链表 addEntry(hash, key, value, i); // 上一次节点不存在,返回null return null; }
put()方法实际上是
若key为null时,直接调用putForNullKey()方法。否则进入下一步
调用hash()方法获取key的hash值,进入下一步
调用indexFor()计算命中的散列表table的索引
遍历链表,如果链表不存在或链表不存在key和hash值相同的节点,则创建新的链表或尾部添加节点,否则替换对应节点的value
putForNullKey()private V putForNullKey(V value) { // 遍历链表,但是命中的散列表的索引和key的hash值为0 // 后续逻辑与`put()`类似 for (Entrye = table[0]; e != null; e = e.next) { if (e.key == null) { V oldValue = e.value; e.value = value; e.recordAccess(this); return oldValue; } } modCount++; addEntry(0, null, value, 0); return null; }
putForNullKey只是将命中散列表table的索引和key的hash值都设置为0,其他逻辑与put()方法后续的逻辑一致。
indexFor()方法/** * 计算命中散列表的索引 */ static int indexFor(int h, int length) { // 等价于length%h return h & (length-1); }hash()方法
/** * hash值计算方法 */ final int hash(Object k) { int h = 0; // 使用替代的hash方法 if (useAltHashing) { if (k instanceof String) { // 为字符串则使用特定的hash方法 return sun.misc.Hashing.stringHash32((String) k); } // 使用特定的hash种子计算hash值 h = hashSeed; } h ^= k.hashCode(); // 这部分代码是为了减少哈希碰撞 h ^= (h >>> 20) ^ (h >>> 12); return h ^ (h >>> 7) ^ (h >>> 4); }addEntry()方法
void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) { // 判断散列表是否需要扩容或者未初始化 if ((size >= threshold) && (null != table[bucketIndex])) { // 散列表扩容为原来的2倍 resize(2 * table.length); // 计算key的hash值,key为null则返回0 hash = (null != key) ? hash(key) : 0; bucketIndex = indexFor(hash, table.length); } // 创建新的链表 // 如果链表已存在,则是将新节点插入头部(头插法) createEntry(hash, key, value, bucketIndex); }createEntry()方法
/** * 头插法插入新的节点 * 不需要判断链表是否存在 */ void createEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) { EntryJava 1.8 put()方法e = table[bucketIndex]; table[bucketIndex] = new Entry<>(hash, key, value, e); size++; }
/** * HashMap的put()方法支持key/value为null */ public V put(K key, V value) { //实际上是先调用HashMap的hash()方法获取到key的hash值 //然后调用HashMap的putVal()方法 return putVal(hash(key), key, value, false, true); }
put()方法实际上是
调用hash()方法获取到key的hash值
调用putVal()方法存储key-value
核心方法是putVal()方法,下面我会先分析一下hash()方法,因为这个方法涉及到hash值这个关键属性的计算。
hash()方法static final int hash(Object key) { int h; // key为null时,hash值为0 // key不为null时,调用key对象的hashCode()方法并通过位运算异或和无符号右移将高位分散到低位 return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16); }
hash()方法指定了null的hash值为0。这样就可以支持key为null。
(h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16)这段代码通过位运算异或和无符号右移将高位分散到低位,这样做可以减少哈希碰撞的概率(这块不是很清楚原理,是从方法注释上了解到的)
putVal()方法/** * Map.put()方法的实际实现 * * @param hash key的hash值 * @param key 键值对中的key * @param value 键值对中的value * @param onlyIfAbsent 如果为true,则键值对中的值已经存在则不修改这个值 * @param evict 如果为false,则是处于创建模式 * @return 上一次的value,如果上一次的value不存在,则为null */ final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent, boolean evict) { //tab用于暂存散列表table。p为散列表中对应索引的链表的头节点的指针。n存储tab的长度。i则为命中的散列表的索引 Node[] tab; Node p; int n, i; //给tab和n赋值 //当tab为null或者tab的长度n为0时,触发resize()来初始化tab if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0) n = (tab = resize()).length; //使用(n - 1) & hash(等价于hash%n)计算命中的散列表索引,同时判断散列表对应索引的链表是否存在 if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null) //散列表对应索引的链表不存在则创建一个新的链表 tab[i] = newNode(hash, key, value, null); else {//散列表对应索引的链表已存在 Node e; K k; // 判断头节点的hash值和key是否与入参的hash值和key一致。需要注意,null的hash值为0 if (p.hash == hash && ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) // 对应的键值对已经存在,记录下来 e = p; else if (p instanceof TreeNode)//判断对应的链表是否转化为红黑树 //若是,则直接调用红黑树的putTreeVal()方法 e = ((TreeNode )p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value); else {//链表的头节点与新的键值对不重复,即没有发生哈希碰撞 for (int binCount = 0; ; ++binCount) {//遍历链表 if ((e = p.next) == null) {//遍历到尾节点 //尾插法添加一个新的节点 p.next = newNode(hash, key, value, null); //链表长度大于阈值 if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // 从-1开始,所以为阈值-1 // 将链表转化为红黑树 treeifyBin(tab, hash); // 中断循环 break; } // 判断当前遍历的节点的hash值和key是否与入参的hash值和key一致,即key是否已经存在 if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) // key已经存在,中断循环 break; // 记录当前遍历的节点 p = e; } } if (e != null) { // Map中存在重复的key V oldValue = e.value;//记录下旧值 if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)//判断值存在是否可以进行修改以及旧值是否为null e.value = value;//修改该节点的值 afterNodeAccess(e);// 链表节点的回调方法,此处为空方法 return oldValue;//返回旧值 } } // HashMap发生结构变化,变化次数累加 ++modCount; // 键值对个数自增,同时判断是否达到扩容的阈值 if (++size > threshold) resize(); // 链表节点的回调方法,此处为空方法 afterNodeInsertion(evict); // 此处返回null是因为链表新增了节点,所以上一次的值必然为null return null; }
putVal()方法的关键点:
若table没有初始化则调用reszie()方法初始化。
计算命中的散列表索引位置,公式为(n - 1) & hash(等价于hash%n)。其中n为散列表长度,hash为插入的键值对的key的哈希值。
判断散列表对应索引中的首节点是否为null,若为null,则创建链表,否则进入下一步。
判断该首节点是否与插入的键值对的key和hash一致,若一致则替换该节点的值为value,否则进入下一步
判断首节点是否为树节点,若是则调用树节点的putTreeVal()方法遍历红黑树,否则遍历链表。
遍历红黑树时,若存在key和hash相同的节点就替换对应节点的值value,若不存在则插入新的树节点。
遍历链表时,若存在key和hash相同的节点就替换对应节点的值为value。若找不到key和hash相同的节点,则链表尾部插入节点,同时进入下一步。
若当前链表长度大于或等于树化阈值TREEIFY_THRESHOLD(8)时,则将链表转化为红黑树。
get()方法源码分析除了HashMap的put()方法外,get()方法也是一个我们常用的方法,下面开始分析其关键的源码。
Java 1.7 get()方法public V get(Object key) { if (key == null)// key为null时特殊处理 return getForNullKey(); // 关键获取key对应value的代码 Entryentry = getEntry(key); return null == entry ? null : entry.getValue(); }
get()方法的关键点如下:
若key为null,则调用getForNullKey()方法获取value,否则进入下一步
调用getEntry()方法获取对应的Entry对象
对应的Entry对象为null时返回null,否则调用getValue()返回其value
getForNullKey()private V getForNullKey() { // 命中散列表索引为0,无需计算key的hash值 // 遍历命中的链表 for (EntrygetEntry()e = table[0]; e != null; e = e.next) { if (e.key == null) return e.value; } return null; }
final EntryJava 1.8 get()方法getEntry(Object key) { // 计算key的hash值,key为null时返回0 int hash = (key == null) ? 0 : hash(key); // 遍历命中的链表 for (Entry e = table[indexFor(hash, table.length)]; e != null; e = e.next) { Object k; if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) return e; } // 链表不存在或链表中不存在key和hash一致的节点 return null; }
/** * 返回key对应的value,如果不存在则返回null */ public V get(Object key) { Nodee; return (e = getNode(hash(key), key)) == null ? null : e.value; }
get()方法实际上是
调用hash()方法获取到key的hash值
调用getNode()方法通过key和hash获取对应的value。不存在则返回null
核心方法是getNode()方法,下面我会先分析一下getNode()方法。
getNode()方法/** * Map.get()方法的实际实现 * @param hash key的哈希值 * @param key 查询用的key * @return 节点或者是节点不存在是返回null */ final NodegetNode(int hash, Object key) { //tab用于暂存散列表table。first为散列表中对应索引的链表的头节点的指针。n存储tab的长度。i则为命中的散列表的索引 Node [] tab; Node first, e; int n; K k; //初始化方法内的变量,同时尝试命中散列表 if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 && (first = tab[(n - 1) & hash]) != null) { if (first.hash == hash && ((k = first.key) == key || (key != null && key.equals(k))))// 总是先检查链表的头节点 return first;//头节点符合直接返回头节点 if ((e = first.next) != null) {//是否只有一个节点 if (first instanceof TreeNode)//判断头节点是否为红黑树节点 return ((TreeNode )first).getTreeNode(hash, key);//改为遍历红黑树 do {//遍历链表是否有符合的节点 if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) return e; } while ((e = e.next) != null); } } //不存在对应的key,返回null return null; }
getNode()方法的关键点:
若散列表table不为null且长度大于0且其索引为(n - 1) & hash(等价于hash%n)的节点不为null。其中n为散列表长度,hash为插入的键值对的key的哈希值。则进入下一步,否则直接返回null
判断首节点的key和hash是否与入参一致,若相同则返回首节点,否则进入下一步。
判断节点个数只有1个,若是则返回null,否则进入下一步
判断首节点是否为树节点,若是则遍历红黑树,否则为链表,进入下一步
遍历链表,检索key和hash与入参相同的节点,若找到则返回该节点,否则返回null
总结put()和get()方法是HashMap的常用方法,通过学习其源码了解到HashMap是如何使用拉链法解决哈希冲突。而下面将会通过两幅图展示put()和get()的执行过程:
Java 1.7
put()方法图解
get()方法图解
put()方法图解
get()方法图解
既然分析了Java 1.7和Java 1.8中HashMap的put()和get()
方法,当然少不了对二者的比较:
Java 1.7的HashMap中存在很多重复的代码。例如putForNullKey()和put()方法中重复的链表遍历,大量重复的hash值计算逻辑等等。而在Java 1.8中则对这部分的代码进行了重构。例如将putForNullKey()和put()方法重复的代码整合成putVal()方法,hash()方法处理key为null时的情况。
Java 1.8中的put()方法会在链表超过树化阈值的时候,将链表转化为红黑树。而Java 1.7中则只有链表
Java 1.7的链表节点插入为头插法(不需要判断链表是否存在),而Java 1.8的链表节点插入则为尾插法。
Java 1.8增加了对putIfAbsent()方法(存在才进行更新)的支持,详情可以看putVal()中关于onlyIfAbsent参数的处理逻辑。
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