Java HashMap的扩容
2017-05-30 18:29
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最近博主参加面试,发现自己对于Java的HashMap的扩容过程理解不足,故最近在此进行总结。
首先说明博主德Java为1.8版本
Node<K,V>:链表节点,包含了key、value、hash、next指针四个元素
table:Node<K,V>类型的数组,里面的元素是链表,用于存放HashMap元素的实体
size:记录了放入HashMap的元素个数
loadFactor:负载因子
threshold:阈值,决定了HashMap何时扩容,以及扩容后的大小,一般等于table大小乘以loadFactor
其中主要有两种形式:
直接拷贝别的HashMap的形式,在此不作讨论
定义初始容量大小(table数组的大小,缺省值为16),定义负载因子(缺省值为0.75)的形式
值得注意的是,当我们自定义HashMap初始容量大小时,构造函数并非直接把我们定义的数值当做HashMap容量大小,而是把该数值当做参数调用方法tableSizeFor,然后把返回值作为HashMap的初始容量大小:
该方法会返回一个大于等于当前参数的2的倍数,因此HashMap中的table数组的容量大小总是2的倍数。
在putVal方法第8、9行我们可以看到,当首次调用put方法时,HashMap会发现table为空然后调用resize方法进行初始化
在putVal方法第16、17行我们可以看到,当添加完元素后,如果HashMap发现size(元素总数)大于threshold(阈值),则会调用resize方法进行扩容
在这里值得注意的是,在putVal方法第10行我们可以看到,插入元素的hash值是一个32位的int值,而实际当前元素插入table的索引的值为 :
又由于table的大小一直是2的倍数,2的N次方,因此当前元素插入table的索引的值为其hash值的后N位组成的值
从第15 ~ 20行可以看到,若threshold(阈值)不为空,table的首次初始化大小为阈值,否则初始化为缺省值大小16
当table需要扩容时,从第11 ~ 13行可以看到,扩容后的table大小变为原来的两倍,接下来就是进行扩容后table的调整:
假设扩容前的table大小为2的N次方,有上述put方法解析可知,元素的table索引为其hash值的后N位确定
那么扩容后的table大小即为2的N+1次方,则其中元素的table索引为其hash值的后N+1位确定,比原来多了一位
因此,table中的元素只有两种情况:
元素hash值第N+1位为0:不需要进行位置调整
元素hash值第N+1位为1:调整至原索引的两倍位置
在resize方法中,第45行的判断即用于确定元素hashi值第N+1位是否为0:
若为0,则使用loHead与loTail,将元素移至新table的原索引处
若不为0,则使用hiHead与hiHead,将元素移至新table的两倍索引处
扩容或初始化完成后,resize方法返回新的table
首先说明博主德Java为1.8版本
HashMap中的变量
首先要了解HashMap的扩容过程,我们就得了解一些HashMap中的变量:Node<K,V>:链表节点,包含了key、value、hash、next指针四个元素
table:Node<K,V>类型的数组,里面的元素是链表,用于存放HashMap元素的实体
size:记录了放入HashMap的元素个数
loadFactor:负载因子
threshold:阈值,决定了HashMap何时扩容,以及扩容后的大小,一般等于table大小乘以loadFactor
HashMap的构造函数
HashMap的构造函数主要有四个,代码如下:public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) { ... this.loadFactor = loadFactor; this.threshold = tableSizeFor(initialCapacity); } public HashMap(int initialCapacity) { this(initialCapacity, DEFAULT_LOAD_FACTOR); } public HashMap() { this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR; // all other fields defaulted } public HashMap(Map<? extends K, ? extends V> m) { this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR; putMapEntries(m, false); }
其中主要有两种形式:
直接拷贝别的HashMap的形式,在此不作讨论
定义初始容量大小(table数组的大小,缺省值为16),定义负载因子(缺省值为0.75)的形式
值得注意的是,当我们自定义HashMap初始容量大小时,构造函数并非直接把我们定义的数值当做HashMap容量大小,而是把该数值当做参数调用方法tableSizeFor,然后把返回值作为HashMap的初始容量大小:
/** * Returns a power of two size for the given target capacity. */ static final int tableSizeFor(int cap) { int n = cap - 1; n |= n >>> 1; n |= n >>> 2; n |= n >>> 4; n |= n >>> 8; n |= n >>> 16; return (n < 0) ? 1 : (n >= MAXIMUM_CAPACITY) ? MAXIMUM_CAPACITY : n + 1; }
该方法会返回一个大于等于当前参数的2的倍数,因此HashMap中的table数组的容量大小总是2的倍数。
何时进行扩容?
HashMap使用的是懒加载,构造完HashMap对象后,只要不进行put 方法插入元素之前,HashMap并不会去初始化或者扩容table:public V put(K key, V value) { return putVal(hash(key), key, value, false, true); } final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent, boolean evict) { Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, i; if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0) n = (tab = resize()).length; if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null) tab[i] = newNode(hash, key, value, null); else { ... } ++modCount; if (++size > threshold) resize(); afterNodeInsertion(evict); return null; }
在putVal方法第8、9行我们可以看到,当首次调用put方法时,HashMap会发现table为空然后调用resize方法进行初始化
在putVal方法第16、17行我们可以看到,当添加完元素后,如果HashMap发现size(元素总数)大于threshold(阈值),则会调用resize方法进行扩容
在这里值得注意的是,在putVal方法第10行我们可以看到,插入元素的hash值是一个32位的int值,而实际当前元素插入table的索引的值为 :
(table.size - 1)& hash
又由于table的大小一直是2的倍数,2的N次方,因此当前元素插入table的索引的值为其hash值的后N位组成的值
resize扩容
final Node<K,V>[] resize() { Node<K,V>[] oldTab = table; int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length; int oldThr = threshold; int newCap, newThr = 0; 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 } else if (oldThr > 0) // initial capacity was placed in threshold newCap = oldThr; else { // zero initial threshold signifies using defaults newCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY; newThr = (int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY); } 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; if (oldTab != null) { 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; 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; 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; }
从第15 ~ 20行可以看到,若threshold(阈值)不为空,table的首次初始化大小为阈值,否则初始化为缺省值大小16
当table需要扩容时,从第11 ~ 13行可以看到,扩容后的table大小变为原来的两倍,接下来就是进行扩容后table的调整:
假设扩容前的table大小为2的N次方,有上述put方法解析可知,元素的table索引为其hash值的后N位确定
那么扩容后的table大小即为2的N+1次方,则其中元素的table索引为其hash值的后N+1位确定,比原来多了一位
因此,table中的元素只有两种情况:
元素hash值第N+1位为0:不需要进行位置调整
元素hash值第N+1位为1:调整至原索引的两倍位置
在resize方法中,第45行的判断即用于确定元素hashi值第N+1位是否为0:
若为0,则使用loHead与loTail,将元素移至新table的原索引处
若不为0,则使用hiHead与hiHead,将元素移至新table的两倍索引处
扩容或初始化完成后,resize方法返回新的table
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