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标题: 成都校区*HashMap底层原理 [打印本页]

作者: 小蜀哥哥 时间: 2019-5-24 00:30
标题: 成都校区*HashMap底层原理
HashMap1.8hash碰撞和扩容方法

前言篇

   集合在我们工作和学习过程中都非常常见，且代码写的非常优雅，如果想要得到一份高工资的工作，且现在市面上jdk1.8已经流行起来了，相信面试过程中越来越多的面试官会询问源码的知识，所有源码是我们必须去弄懂的，接下来我们就来一起学习hashMap1.8的源码，学习之前，我们来一起思考如下几个问题

- hashMap初始化大小是多少
- hashMap结构是什么样子
- 如果已经得知hashMap的数据结构是链表加数组，那我们如何去避免hash碰撞
- hashMap在什么时候扩容
- 扩容的的方式是什么

正式篇

HashMap的结构

在1.8中，hashMap的结构分成链表加数组和数组+红黑树，因为1.8的作者考虑到链表没有索引，遍历效率低下，所以当链表长度大于 8 - 1 也就是 7 时，会转化成红黑树，那么当长度不足6时，又会将红黑树转化成链表
在源码中描述数据结构的样子是transient Node<K,V>[] table; 而node是一个单链表对象，所以结构是数组+链表

```java
static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8; 树的临界点
static final int UNTREEIFY_THRESHOLD = 6;非树的临界点
```

hash碰撞问题

既然已经知道了hashMap的结构，那么接下来，我们就来看看他如何放置hash碰撞问题，按照我们的设想，我们可以让其对数组的长度取模，比如，数组的长度是16，我们可以用key的hash值对数组取模，取到的值是0-15正好能落在数组的位置上，但这种方式并不能保证数字能够尽量分散的落在数组上，而过多的元素落在同一个节点上就会导致形成的链表长度过长，而影响hashmap的取值速度，所以我们现在就来看看源码中是如何实现的

public V put(K key, V value) {
      return putVal(hash(key), key, value, false, true);
}
static final int hash(Object key) {
      int h;
      return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
}
if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
         tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
  static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; // aka 16

综合来看，此方法两个参数参与了运算

- option1：hash值

- option2：数组的长度-1 那么数组的长度是  ，且在源码注释处已经指出，数组的长度需要是2^n次幂，即偶数

  一个int型的hash值，我们可以随机假设一个：

  010101010101001010101010101010

那么它与一个偶数或者一个非偶数取&操作会是什么结果呢？如果是和奇数取&那么得到的结果即可能是奇数，也可能是偶数，而如果和一个偶数&那么答案只能是一个偶数，所以答案很明显，只有当数组的长度是偶数即2的n次幂时，此时才能保证得到的数字即可能是偶数也可能是奇数，那我们再来看第一个值，第一个值是hash值，hash值只能和数组的长度-1 运算，那么如果是假设直接拿hash值和数组计算，相当于这个hash值只有几位参与了运算，其他位并没有参与运算，这样做可能也会使得不同的元素，得到相同的结果(即最后几位相等，但前几位不同)，在源码中采用的办法是将hash值向右移动16位，得到他的高16位，同时和低16 位取异或，这样就能保证整个hash值都参与了运算，那为啥取异或呢？因为异或可以使得得到的0,1 二进制尽量的平均

![chongtu](C:\Users\Dell\Desktop\chongtu.png)

相信通过这幅图，同学们就能想明白为什么要们在这里要取异或操作

HashMap的扩容问题

此方法两个作用

1.初始化

2.扩容

```java
{
//遍历这个数组
         for (int j = 0; j < oldCap; ++j) {
            Node<K,V> e;
            //取出数组中的元素，同时赋值给e
            if ((e = oldTab[j]) != null) {
                  oldTab[j] = null;
                  //如果这个元素没有形成链表，直接采用尾插
                  if (e.next == null)
                     newTab[e.hash & (newCap - 1)] = e;
                  //如果是树的形式
                  else if (e instanceof TreeNode)
                     ((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;
                           //利用老数组长度直接和hash取&
                        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;
                     }
                  }
            }
         }
      }

此方法就是决定扩容核心代码

首先遍历这个数组，遍历过程中有三段逻辑

- 看这个数组上的元素是否为null，如果是null，那么采用尾插法(1.7采用的是头插法，但头插在多线程情况下可能出现链表的死循环，这里不作多解释)
- 如果是红黑树，那么按照红黑树的处理方式处理
- 如果数组上有元素，按照我们的想法，我们应当是重新计算这个key在数组中的位置

最核心的代码：是  e.hash & oldCap，我们发现当它在计算时，它并没有直接和oldCap -1 计算& 而是直接和数组的长度计算，那么我们再次带入这个计算的方式看看这个精妙的算法是怎么回事，  当第一次扩容时，执行的resize方法

if (oldCap > 0) {
         if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) {
            threshold = Integer.MAX_VALUE;
            return oldTab;
         }
         else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY &&
                  oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)
            newThr = oldThr << 1; // double threshold
}

   此时数组的长度已经扩大了两倍，新长度是32，老长度是16 ，若直接用老长度-1 & hash，和直接用新长度-1&hash 对比，我们可以发现，数组移动不移动是看第五位是否是0 ，如果是0 ，不移动，如果不是0 ，新长度的值要比原来的值大16，而如果采用2这种计算方式，它其实也是看第五位是否为0 ，根据对比得到的结论，我们就能知道，这个链表在扩容时，是否移动，移动的长度就是原来的数组大小！

再来

if (hiTail != null) {
   hiTail.next = null;
   newTab[j + oldCap] = hiHead;
}

所以移动不移动，只需要看倒数第五位即可，不得不说，hashMap这个设计很精妙

结束语

相信通过刚才的学习，同学们已经对hash的碰撞问题和hash的扩容方法有了一个具体的认识，希望大家对其认识能够有所帮助

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