Java集合类源码解析:HashMap (基于JDK1.8) (4)

将键值对节点重新映射到新的桶数组里。如果节点是 TreeNode 类型,则需要拆分红黑树 (调用split()方法 )。如果是普通节点,则节点按原顺序进行分组。

前面两步的逻辑比较简单,这里不多叙述。重点是第三点,涉及到了红黑树的拆分,这是因为扩容后,桶数组变多了,原有的数组上元素较多的红黑树就需要重新拆分,映射成链表,防止单个桶的元素过多。

红黑树的拆分是调用TreeNode.split() 来实现的,这里不单独讲。放到后面的红黑树一起分析。

节点树化、红黑树的拆分

红黑树的引进是HashMap 在 Jdk1.8之后最大的变化,在1.8以前,HashMap的数据结构就是数组加链表,某个桶的链表有可能因为数据过多而导致链表过长,遍历的效率低下,1.8之后,HashMap对链表的长度做了处理,当链表长度超过8时,自动转换为红黑树,有效的提升了HashMap的性能。

但红黑树的引进也使得代码的复杂度提高了不少,添加了有关红黑树的操作方法。本文只针对这些方法来做解析,不针对红黑树本身做展开,想了解红黑树的读者可以看我之前的文章

数据结构:红黑树的结构以及方法剖析 (上) 以及 数据结构:红黑树的结构以及方法剖析 (下)

节点树化

HashMap中的树节点的代码用 TreeNode 表示:

static final class TreeNode<K,V> extends LinkedHashMap.Entry<K,V> { TreeNode<K,V> parent; // red-black tree links TreeNode<K,V> left; TreeNode<K,V> right; TreeNode<K,V> prev; // needed to unlink next upon deletion boolean red; TreeNode(int hash, K key, V val, Node<K,V> next) { super(hash, key, val, next); }

可以看到就是个红黑树节点,有父亲、左右孩子、前一个元素的节点,还有个颜色值。知道节点的结构后,我们来看有关红黑树的一些操作方法。

先来分析下树化的代码:

//将普通的链表转化为树形节点链表 final void treeifyBin(Node<K,V>[] tab, int hash) { int n, index; Node<K,V> e; // 桶数组容量小于 MIN_TREEIFY_CAPACITY,优先进行扩容而不是树化 if (tab == null || (n = tab.length) < MIN_TREEIFY_CAPACITY) resize(); else if ((e = tab[index = (n - 1) & hash]) != null) { TreeNode<K,V> hd = null, tl = null; do { //把节点转换为树形节点 TreeNode<K,V> p = replacementTreeNode(e, null); if (tl == null) //把转化后的头节点赋给hd hd = p; else { p.prev = tl; tl.next = p; } tl = p; } while ((e = e.next) != null); if ((tab[index] = hd) != null) // 树形节点不为空,转换为红黑树 hd.treeify(tab); } } TreeNode<K,V> replacementTreeNode(Node<K,V> p, Node<K,V> next) { return new TreeNode<>(p.hash, p.key, p.value, next); }

上面的代码并不太复杂,大致逻辑是根据hash表的元素个数判断是需要扩容还是树形化,然后依次调用不同的代码执行。

值得注意的是,在判断容器是否需要树形化的标准是链表长度需要大于或等于 MIN_TREEIFY_CAPACITY,前面也说了,它是HashMap的成员变量,初始值是64,那么为什么要满足这个条件才会树化呢?

下面这段摘自

当桶数组容量比较小时,键值对节点 hash
的碰撞率可能会比较高,进而导致链表长度较长。这个时候应该优先扩容,而不是立马树化。毕竟高碰撞率是因为桶数组容量较小引起的,这个是主因。容量小时,优先扩容可以避免一些列的不必要的树化过程。同时,桶容量较小时,扩容会比较频繁,扩容时需要拆分红黑树并重新映射。所以在桶容量比较小的情况下,将长链表转成红黑树是一件吃力不讨好的事。

所以,HashMap的树化过程也是尽量的考虑了容器性能,再看回上面的代码,链表树化之前是先把节点转为树形节点,然后再调用 treeify() 转换为红黑树,并且树形节点TreeNode 继承自 Node 类,所以 TreeNode 仍然包含 next 引用,原链表的节点顺序最终通过 next 引用被保存下来。

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