Java集合类源码解析:HashMap (基于JDK1.8) (3)

之后还需要把 hash() 的返回值与table.length - 1做与运算,得到的结果即是数组的下标(为什么这么算,下面会说),在上面的 putVal() 方法中就可以看到有这样的代码操作,举个例子图:

Java集合类源码解析:HashMap (基于JDK1.8)

table.length - 1就像是一个低位掩码(这个设计也优化了扩容操作的性能),它和hash()做与操作时必然会将高位屏蔽(因为一个HashMap不可能有特别大的buckets数组,至少在不断自动扩容之前是不可能的,所以table.length - 1的大部分高位都为0),只保留低位,这样一来就总是只有最低的几位是有效的,就算你的hashCode()实现得再好也难以避免发生碰撞。这时,hash()函数的价值就体现出来了,它对hash code的低位添加了随机性并且混合了高位的部分特征,显著减少了碰撞冲突的发生。
另外,在putVal方法的源码中,我们可以看到有这样一段代码

if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null) tab[i] = newNode(hash, key, value, null);

上面的注释也说明了,这是检测要插入位置是否有元素,没有的话直接新建一个包含key的节点,那么这里为什么要用 i = (n - 1) & hash 作为索引运算呢?

下面这段解释摘自

这其实是一种优化手段,由于数组的大小永远是一个2次幂,在扩容之后,一个元素的新索引要么是在原位置,要么就是在原位置加上扩容前的容量。这个方法的巧妙之处全在于&运算,之前提到过&运算只会关注n
– 1(n =
数组长度)的有效位,当扩容之后,n的有效位相比之前会多增加一位(n会变成之前的二倍,所以确保数组长度永远是2次幂很重要),然后只需要判断hash在新增的有效位的位置是0还是1就可以算出新的索引位置,如果是0,那么索引没有发生变化,如果是1,索引就为原索引加上扩容前的容量。

效果图如下:

Java集合类源码解析:HashMap (基于JDK1.8)

这样在每次扩容时都不用重新计算hash,省去了不少时间,而且新增有效位是0还是1是带有随机性的,之前两个碰撞的Entry又有可能在扩容时再次均匀地散布开,真可谓是非常精妙的设计。

动态扩容:resize()

在HashMap中,初始化数组或者添加元素个数超过阈值时都会触发 resize() 方法,它的作用是动态扩容,下面是方法的源码:

final Node<K,V>[] resize() { Node<K,V>[] oldTab = table; int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length; int oldThr = threshold; int newCap, newThr = 0; //‘桶’数组的大小超过0,做扩容 if (oldCap > 0) { //超过最大值不会扩容,把阈值设置为int的最大数 if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) { threshold = Integer.MAX_VALUE; return oldTab; } //向左移动1位扩大为原来2倍 else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY && oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY) newThr = oldThr << 1; // double threshold } //旧数组大小为0,旧阈值>0,说明之前创建了哈希表但没有添加元素,初始化容量等于阈值 else if (oldThr > 0) // initial capacity was placed in threshold newCap = oldThr; else { // zero initial threshold signifies using defaults //旧容量、旧阈值都是0,说明还没创建哈希表,容量为默认容量,阈值为 容量*加载因子 newCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY; newThr = (int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY); } //新阈值还没有值,重新根据新的容量newCap计算大小 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; //不为空,代表是扩容操作 if (oldTab != null) { //遍历旧数组的每一个‘桶’,移动到新数组newTab 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; //节点是树形节点,需要对红黑树进行拆分 else if (e instanceof TreeNode) ((TreeNode<K,V>)e).split(this, newTab, j, oldCap); else { // preserve order //普通链表节点,遍历链表,并将链表节点按原顺序进行分组 Node<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; else loTail.next = e; loTail = e; } else { if (hiTail == null) hiHead = e; else hiTail.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; }

上面的源码有点长,但总体逻辑就三步:

计算新桶数组的容量大小 newCap 和新阈值 newThr

根据计算出的 newCap 创建新的桶数组,并初始化桶的数组table

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