哈,标题开个玩笑,0202 年的段子哈。

一、首先看一下 HashMap 的构造函数

/**
* Constructs an empty <tt>HashMap</tt> with the specified initial
* capacity and load factor.
*
* @param initialCapacity the initial capacity
* @param loadFactor the load factor
* @throws IllegalArgumentException if the initial capacity is negative
* or the load factor is nonpositive
*/
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;
this.threshold = tableSizeFor(initialCapacity); // 奇怪的是这里初始化阈值没有用到负载因子。
}

第一个参数是初始化容量大小,第二个参数是负载因子。

对这两个参数有如下介绍:

* <p>An instance of <tt>HashMap</tt> has two parameters that affect its
* performance: <i>initial capacity</i> and <i>load factor</i>. The
* <i>capacity</i> is the number of buckets in the hash table, and the initial
* capacity is simply the capacity at the time the hash table is created. The
* <i>load factor</i> is a measure of how full the hash table is allowed to
* get before its capacity is automatically increased. When the number of
* entries in the hash table exceeds the product of the load factor and the
* current capacity, the hash table is <i>rehashed</i> (that is, internal data
* structures are rebuilt) so that the hash table has approximately twice the
* number of buckets.

机翻的意思就是:

HashMap 的实例有两个影响其性能的参数:初始容量和负载因子。

容量是哈希表中的桶数,初始容量就是创建哈希表时的容量。

负载因子是一种度量方法,用来衡量在自动增加哈希表的容量之前,哈希表允许达到的满度。

当哈希表中的条目数超过负载因子和当前容量的乘积时,哈希表将被重新哈希(即重新构建内部数据结构),

这样哈希表的桶数大约是原来的两倍。

/**
* The maximum capacity, used if a higher value is implicitly specified
* by either of the constructors with arguments.
* MUST be a power of two <= 1<<30.
*/
static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;

最大的容量是 2 的 30 次方,因为 int 类型最大值是 2 的 31 次方减一。容量还必须是 2 的次方数。

 * <p>This implementation provides constant-time performance for the basic
* operations (<tt>get</tt> and <tt>put</tt>), assuming the hash function
* disperses the elements properly among the buckets. Iteration over
* collection views requires time proportional to the "capacity" of the
* <tt>HashMap</tt> instance (the number of buckets) plus its size (the number
* of key-value mappings). Thus, it's very important not to set the initial
* capacity too high (or the load factor too low) if iteration performance is
* important.

另外不要将容量设置太高,或者将负载因子设置太低,这都会影响性能。

// The next size value at which to resize (capacity * load factor).
int threshold;

阈值,等于容量和负载因子的乘积,如果 table.length 大于 阈值,就得进行 2 倍扩容。

接下来看看 tableSizeFor 方法,也就是计算阈值的:

/**
* 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;
}

翻译的意思是返回给定目标容量的 2 的幂,也就是大于且最接近给定目标容量的最小 2 的幂。

这段代码可能看着不太好理解,我们假设 n 的最高位的 1 在位置 i 上,>>> 表示无符号右移。

(>>> 和 >> 的区别就是前者高位不管正式负数都取0,后者正数取 0,负数取 1)。

右移一位再和原来的值进行或操作,那么结果位置 i 和 i-1 的值一定也为 1。

同理,最后结果一定是 0 ~ i 位都为 1,再加 1 的话,就是最接近给定值的最小2的幂。

另外如果 cap 为  0 的话,那么就是所有位都是 1 了,n 就小于 0,阈值就为 1。

现在我们在来看下另外的三个构造函数:

    /**
* Constructs an empty <tt>HashMap</tt> with the specified initial
* capacity and the default load factor (0.75).
*
* @param initialCapacity the initial capacity.
* @throws IllegalArgumentException if the initial capacity is negative.
*/
public HashMap(int initialCapacity) {
this(initialCapacity, DEFAULT_LOAD_FACTOR);
} /**
* Constructs an empty <tt>HashMap</tt> with the default initial capacity
* (16) and the default load factor (0.75).
*/
public HashMap() {
this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR; // all other fields defaulted
} /**
* Constructs a new <tt>HashMap</tt> with the same mappings as the
* specified <tt>Map</tt>. The <tt>HashMap</tt> is created with
* default load factor (0.75) and an initial capacity sufficient to
* hold the mappings in the specified <tt>Map</tt>.
*
* @param m the map whose mappings are to be placed in this map
* @throws NullPointerException if the specified map is null
*/
public HashMap(Map<? extends K, ? extends V> m) {
this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR;
putMapEntries(m, false);
}

对于前两个就不用说了,默认的负载因子为 0.75,为什么要取这个值呢?

 * <p>As a general rule, the default load factor (.75) offers a good
* tradeoff between time and space costs. Higher values decrease the
* space overhead but increase the lookup cost (reflected in most of
* the operations of the <tt>HashMap</tt> class, including
* <tt>get</tt> and <tt>put</tt>). The expected number of entries in
* the map and its load factor should be taken into account when
* setting its initial capacity, so as to minimize the number of
* rehash operations. If the initial capacity is greater than the
* maximum number of entries divided by the load factor, no rehash
* operations will ever occur.

机翻如下:

作为一般规则,默认的负载系数(.75)在时间和空间成本之间提供了一个很好的折衷。

较高的值减少了空间开销,但增加了查找成本(反映在HashMap类的大部分操作中,包括get和put)。

在设置初始容量时,应该考虑映射中的预期条目数及其负载因子,以便最小化重散列操作的数量。

如果初始容量大于最大条目数除以负载因子(初始容量和负载因子的乘积大于最大条目数),则不会发生重新散列操作。

接下来看看 putMapEntries 方法,最初构造时为假,否则为真。

    /**
* Implements Map.putAll and Map constructor.
*
* @param m the map
* @param evict false when initially constructing this map, else
* true (relayed to method afterNodeInsertion).
*/
final void putMapEntries(Map<? extends K, ? extends V> m, boolean evict) {
int s = m.size();
if (s > 0) {
if (table == null) { // pre-size // table 没有被初始化过(也就是构建函数是调用的),就初始化一下阈值
float ft = ((float)s / loadFactor) + 1.0F;
int t = ((ft < (float)MAXIMUM_CAPACITY) ?
(int)ft : MAXIMUM_CAPACITY);
if (t > threshold)
threshold = tableSizeFor(t);
}
else if (s > threshold) // table 已经被初始化过了,长度大于阈值需要进行扩容处理
resize();
for (Map.Entry<? extends K, ? extends V> e : m.entrySet()) {
K key = e.getKey();
V value = e.getValue();
putVal(hash(key), key, value, false, evict);
}
}
}

table 就是存储 Map 键值对的数组,并根据需要调整大小,长度总是2的幂。

    /**
* The table, initialized on first use, and resized as
* necessary. When allocated, length is always a power of two.
* (We also tolerate length zero in some operations to allow
* bootstrapping mechanics that are currently not needed.)
*/
transient Node<K,V>[] table;

Node 就是一个静态内部类,先看看就行,这个我们稍后再作分析。

    /**
* Basic hash bin node, used for most entries. (See below for
* TreeNode subclass, and in LinkedHashMap for its Entry subclass.)
*/
static class Node<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
final int hash;
final K key;
V value;
Node<K,V> next; Node(int hash, K key, V value, Node<K,V> next) {
this.hash = hash;
this.key = key;
this.value = value;
this.next = next;
} public final K getKey() { return key; }
public final V getValue() { return value; }
public final String toString() { return key + "=" + value; } public final int hashCode() {
return Objects.hashCode(key) ^ Objects.hashCode(value);
} public final V setValue(V newValue) {
V oldValue = value;
value = newValue;
return oldValue;
} public final boolean equals(Object o) {
if (o == this)
return true;
if (o instanceof Map.Entry) {
Map.Entry<?,?> e = (Map.Entry<?,?>)o;
if (Objects.equals(key, e.getKey()) &&
Objects.equals(value, e.getValue()))
return true;
}
return false;
}
}

我们目前看的是构建时候调用,就只看构建时候走的逻辑。那么我们看下 putVal 方法:

    /**
* Implements Map.put and related methods.
*
* @param hash hash for key
* @param key the key
* @param value the value to put
* @param onlyIfAbsent if true, don't change existing value
* @param evict if false, the table is in creation mode.
* @return previous value, or null if none
*/
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) // table 还未被初始化过,进行初始化。
n = (tab = resize()).length;
if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null) // 如果这个表里没有这个 key 的哈希,就把这个键值对存表里
tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
else { // 如果表里已经有这个 key 的哈希了,再进行进一步的比对,判断是否存在
Node<K,V> e; K k;
if (p.hash == hash &&
((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) // 先比对第一个节点的值
e = p;
else if (p instanceof TreeNode) // 如果第一个节点不同,判断是否是红黑树结构,进行比对
e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
else { // 说明是链表结构,进行比对
for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
if ((e = p.next) == null) { // 如果找不到,那么就将这个键值对存进去,并判断是否到达了要转换成红黑树的条件
p.next = newNode(hash, key, value, null);
if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st
treeifyBin(tab, hash);
break;
}
if (e.hash == hash &&
((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
break;
p = e;
}
}
if (e != null) { // existing mapping for key
V oldValue = e.value;
if (!onlyIfAbsent || oldValue == null) // 如果为 onlyIfAbsent 为 true,不改变现在的值
e.value = value;
afterNodeAccess(e);
return oldValue;
}
}
++modCount; // 用于记录修改映射的数量,该字段用于使 HashMap 集合视图上的迭代器快速失效
if (++size > threshold) // 说明找不到该 key 的键值对,就插入进去
resize();
afterNodeInsertion(evict);
return null;
}

如果 table 为空的话,我们来看下 resize 方法,蛮长的,初始化或者给表的长度加倍:

    /**
* Initializes or doubles table size. If null, allocates in
* accord with initial capacity target held in field threshold.
* Otherwise, because we are using power-of-two expansion, the
* elements from each bin must either stay at same index, or move
* with a power of two offset in the new table.
*
* @return the table
*/
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) { // 原来的 table 有值
if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) { // 容量大于最大容量,阈值设为最大。
threshold = Integer.MAX_VALUE;
return oldTab;
}
else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY && // 新容量扩展为原来两倍并且小于最大容量大于初始容量,就把新新的阈值设为原来两倍。
oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)
newThr = oldThr << 1; // double threshold
}
else if (oldThr > 0) // initial capacity was placed in threshold // 原来的 table 已经初始化过,但是table 里没有数据,新容量等于原来的阈值。
newCap = oldThr;
else { // zero initial threshold signifies using defaults // table 还没有初始化过,进行初始化。
newCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY;
newThr = (int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY);
}
if (newThr == 0) { // 原来的 table 已经初始化过,但是 table 里没有数据,计算一下新阈值。
float ft = (float)newCap * loadFactor;
newThr = (newCap < MAXIMUM_CAPACITY && ft < (float)MAXIMUM_CAPACITY ?
(int)ft : Integer.MAX_VALUE);
}
threshold = newThr; // 设置阈值
@SuppressWarnings({"rawtypes","unchecked"})
Node<K,V>[] newTab = (Node<K,V>[])new Node[newCap];
table = newTab;
if (oldTab != null) { // 如果原来 table 有值,就把值放进新的 table 里.
for (int j = 0; j < oldCap; ++j) {
Node<K,V> e;
if ((e = oldTab[j]) != null) {
oldTab[j] = null;
if (e.next == null) // 这个节点没有发生过冲突
newTab[e.hash & (newCap - 1)] = e; // 重新散列元素位置
else if (e instanceof TreeNode) // 发生过冲突,并且是红黑树结构
((TreeNode<K,V>)e).split(this, newTab, j, oldCap);
else { // preserve order // 发生过冲突,是链表结构
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) { // 分成两段链表,暂时不知道为什么。
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;
}

二、未完待续......

三、ArrayList 扩容机制

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