最近朋友去面试被问了些hashmap相关的问题,hashmap的初始容量啊,什么操作最耗时等,之前看过hashmap的源码,正好这里也在总结下。

  主要围绕下面几个点:

  1.   HashMap是由数组+链表(jdk8 升级为红黑树)结构实现
  2.   HashMap 在第一次put的时候才会去分配内存(ArrayList也是在第一次add的时候)
  3.   HashMap 默认数组大小是16
  4.   HashMap 每次扩容之后大小都为2的倍数
  5.   HashMap在达到容量阀值(threshold=capacity*loadFactor)时候会进行扩容
  6.   HashMap如何进行扩容

  代码参考jdk1.7  

 HashMap是由数组+链表(jdk8 升级为红黑树)结构实现

  这个是再put时候会初始化一个数组,在key hash冲突时候同一bucket加入新value

// 初始化数组
private void inflateTable(int toSize) {
int capacity = roundUpToPowerOf2(toSize); threshold = (int) Math.min(capacity * loadFactor, MAXIMUM_CAPACITY + 1);
table = new Entry[capacity];
initHashSeedAsNeeded(capacity);
}
 public V put(K key, V value) {
if (table == EMPTY_TABLE) {
inflateTable(threshold);
}
// key 为null时候直接put
if (key == null)
return putForNullKey(value);
int hash = hash(key);
int i = indexFor(hash, table.length);
for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) {
Object k;
// 在hash值相同&&key equals时候进行值替换
if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {
V oldValue = e.value;
e.value = value;
e.recordAccess(this);
return oldValue;
}
}
// 否则添加新value
modCount++;
addEntry(hash, key, value, i);
return null;
}

HashMap 在第一次put的时候才会去分配内存(ArrayList也是在第一次add的时候)

 public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {
if (initialCapacity < 0)
throw new IllegalArgumentException("Illegal initial capacity: " +
initialCapacity);
if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY)
initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY;
if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor))
throw new IllegalArgumentException("Illegal load factor: " +
loadFactor); this.loadFactor = loadFactor;
threshold = initialCapacity;
init();
}

  这是HashMap的构造函数,看一看到这里只是初始化了loadFactor跟threshold 这两个参数,而在上一个分析中第一次put元素的时候会执行inflateTable函数来初始化数组:

table = new Entry[capacity];进行内存分配
HashMap 默认数组大小是16
  static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; // aka 16 HashMap 每次扩容之后大小都为2的倍数
  
 void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
if ((size >= threshold) && (null != table[bucketIndex])) {
resize(2 * table.length);
hash = (null != key) ? hash(key) : 0;
bucketIndex = indexFor(hash, table.length);
} createEntry(hash, key, value, bucketIndex);
}

  在调用addEntry添加新元素的方法时,会判定size是否达到了临界值,如果到了则进行数组扩容,回调用resize方法可以看到新的容量为原始容量*2

HashMap如何进行扩容

 

static int indexFor(int h, int length) {
// assert Integer.bitCount(length) == 1 : "length must be a non-zero power of 2";
return h & (length-1);
}

  这段代码是进行数组下标计算的

  resize代码如下

JKD1.7 

void resize(int newCapacity) {
Entry[] oldTable = table;
int oldCapacity = oldTable.length;
if (oldCapacity == MAXIMUM_CAPACITY) {
threshold = Integer.MAX_VALUE;
return;
} Entry[] newTable = new Entry[newCapacity];
transfer(newTable, initHashSeedAsNeeded(newCapacity));
table = newTable;
threshold = (int)Math.min(newCapacity * loadFactor, MAXIMUM_CAPACITY + 1);
} /**
* Transfers all entries from current table to newTable.
*/
void transfer(Entry[] newTable, boolean rehash) {
int newCapacity = newTable.length;
for (Entry<K,V> e : table) {
while(null != e) {
Entry<K,V> next = e.next;
if (rehash) {
e.hash = null == e.key ? 0 : hash(e.key);
}
int i = indexFor(e.hash, newCapacity);
e.next = newTable[i];
newTable[i] = e;
e = next;
}
}
}

 JDK1.8中这里会涉及到HashMap涉及很巧妙的一个点。由于 table.length 也就是capacity 肯定是2的N次方,使用 & 位运算意味着只是多了最高位,这样就不用重新计算 index,元素要么在原位置,要么在原位置+ oldCapacity

如果增加的高位为0,resize 后 index 不变,如图所示:

  如果增加的高位为1,resize 后 index 增加 oldCap,如图所示:

这个设计的巧妙之处在于,节省了一部分重新计算hash的时间,同时新增的一位为0或1的概率可以认为是均等的,所以在resize 的过程中就将原来碰撞的节点又均匀分布到了两个bucket里。

                     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);

  

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