HashMap 扩容分析

使用HashMap时我们需要注意一下几点问题：

1.HashMap是常用的Java集合之一，是基于哈希表的Map接口的实现。与HashTable主要区别为不支持同步和允许null作为key和value。
  2.HashMap非线程安全，即任一时刻可以有多个线程同时写HashMap，可能会导致数据的不一致。
  3.如果需要满足线程安全，可以用 Collections的synchronizedMap方法使HashMap具有线程安全的能力，或者使用ConcurrentHashMap。
  4.在JDK1.6中，HashMap采用数组+链表实现，即使用链表处理冲突，同一hash值的链表都存储在一个链表里。
  5.但是当位于一个数组中的元素较多，即hash值相等的元素较多时，通过key值依次查找的效率较低。
  6.JDK1.8中，HashMap采用数组+链表+红黑树实现，当链表长度超过阈值8时，将链表转换为红黑树，这样大大减少了查找时间。
  7.原本Map.Entry接口的实现类Entry改名为了Node。转化为红黑树时改用另一种实现TreeNode。

HashMap的常量：

//默认的初始容量
static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; // aka 16

//hashmap的最大容量值
static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;

//负载因子//关于为什么默认的负载因子选值为0.75源码中的一段注释是这样解释的根据泊松分布，Ideally, under random hashCodes, the frequency ofnodes in bins follows a Poisson distribution(http://en.wikipedia.org/wiki/Poisson_distribution) with aparameter of about 0.5 on average for the default resizingthreshold of 0.75, although with a large variance because ofresizing granularity. Ignoring variance, the expectedoccurrences of list size k are (exp(-0.5) * pow(0.5, k) factorial(k)). The first values are:0: 0.606530661: 0.303265332: 0.075816333: 0.012636064: 0.001579525: 0.000157956: 0.000013167: 0.000000948: 0.00000006more: less than 1 in ten million简单翻译一下就是在理想情况下,使用随机哈希码,节点出现的频率在hash桶中遵循泊松分布，同时给出了桶中元素个数和概率的对照表。从上面的表中可以看到当桶中元素到达8个的时候，概率已经变得非常小，也就是说用0.75作为加载因子，每个碰撞位置的链表长度超过８个是几乎不可能的。

static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;

//JDK1.8 ，Entry链表最大长度，当table中节点数目大于该长度时，将链表转成红黑树存储；
static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8;

//JDK1.8 ，当table中节点数小于该长度，将红黑树转为链表存储；
static final int UNTREEIFY_THRESHOLD = 6;

//table可能被转化为树形结构的最小容量。当哈希表的大小超过这个阈值，才会把链式结构转化成树型结构，否则仅采取扩容来尝试减少冲突。
static final int MIN_TREEIFY_CAPACITY = 64;

总结：

1.hashmap的负载因子的初值为0.75

2.当桶中节点的键值对数大于8时节点存储结构转为红黑树，当节点树小于6时存储结构转为链表

HashMap的构造方法：

 //HashMap的构造方法有4个，一个默认构造方法和3个重载方法

//此构造方法由使用者自己定义HashMap的初始容量和负载因子
public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {
        //初始容量小于0，抛出非法参数异常
        if (initialCapacity < 0)
            throw new IllegalArgumentException("Illegal initial capacity: " +
                                               initialCapacity);
        //初始容量大于最大容量，将以最大容量给其赋值
        if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY)
            initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY;
        //负载因子为负数，检测非法运算。
        if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor))
            throw new IllegalArgumentException("Illegal load factor: " +
                                               loadFactor);
        this.loadFactor = loadFactor;

        this.threshold = tableSizeFor(initialCapacity);
    }

public HashMap(int initialCapacity) {
       //默认负载因子为0.75
        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;
        //将m的键值对插入此map中，类似于复制map
        putMapEntries(m, false);
    }

HashMap的put方法:

public V put(K key, V value) {
        return putVal(hash(key), key, value, false, true);
    }

//onlyIfAbsent 默认false，表示表示允许旧值替换。
//evict  构造方法中可以对其进行定义，默认为true，表示HashMap不处于创建模式。
final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,
                   boolean evict) {
        //散列
        Node<K,V>[] tab;
        //需要插入的键值对
        Node<K,V> p;
        //n：散列长度，i：插入位置的index
        int n, i;
        //如果hashtable为空使用resize（）方法创建一个长度为n的散列
        if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
            n = (tab = resize()).length;
        //通过Entry<k,v>的hash码和散列长度做与运算，找到插入位置的index。
        //如果该位置没有其他键值对存在则插入入。
        if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
            tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
        //存在冲突
        else {
            Node<K,V> e; K k;
           //比较该下标第一个元素的hash值相等key相等，相等则用e记录下来
            if (p.hash == hash &&
                ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                e = p;
           //如果该下标的元素是红黑树类型且没有该键值对则放到树中
            else if (p instanceof TreeNode)
                e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
            else {
                //链表类型的遍历
                for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
                    //到达尾部
                    if ((e = p.next) == null) {
                        p.next = newNode(hash, key, value, null);
                        //判断是否需要转成红黑树
                        if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st
                            treeifyBin(tab, hash);
                        break;
                    }
                     // 链表节点的<key, value>与put操作<key, value>相同时，不做重复操作，跳出循环
                    if (e.hash == hash &&
                        ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                        break;
                    p = e;
                }
            }
       // 找到或新建一个key和hashCode与插入元素相等的键值对，进行put操作
            if (e != null) { // existing mapping for key
                V oldValue = e.value;
                if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
                    e.value = value;
                afterNodeAccess(e);
                return oldValue;
            }
        }
        ++modCount;
        //如果大小超过阈值则扩容，threshold=负载因子*容量
        if (++size > threshold)
            resize();
        afterNodeInsertion(evict);
        return null;
    }

因此当插入键值相同的键值对时，HashMap会将原值覆盖。

 //HashMap 扩容方法
    final Node<K,V>[] resize() {
        //用oldTab记录旧散列表
        Node<K,V>[] oldTab = table;
        //旧桶的容量
        int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length;
        //旧桶的阈值
        int oldThr = threshold;
        //初始化新桶的容量，阈值
        int newCap, newThr = 0;
        //如果旧桶不为空
        if (oldCap > 0) {
            //旧桶的容量大于等于最大容量，将阈值等于int类型的最大值（0x7fffffff），完成扩容
            if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) {
                threshold = Integer.MAX_VALUE;
                return oldTab;
            }
            //旧桶容量的两倍小于最大容量，且旧桶容量大于等于默认容量（新桶容量在这扩大到原来的两倍）
            else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY &&
                     oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)
                //新阈值变为旧阈值的两倍
                newThr = oldThr << 1; // double threshold
        }
        //数组为空的情况
        else if (oldThr > 0) // initial capacity was placed in threshold
         //数组的新容量设置为老数组扩容的临界值
            newCap = oldThr;
        //如果旧容量 <= 0，且旧临界值 <= 0，新容量扩充为默认初始化容量，新临界值为DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY
        else {               // zero initial threshold signifies using defaults
            newCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY;
            newThr = (int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY);
        }

        if (newThr == 0) {//旧桶为空时
            float ft = (float)newCap * loadFactor;
            //如果新桶容量小于最大容量且阈值也小于最大容量则新阈值等于newCap * loadFactor，否则新阈值等于int类型的最大值（0x7fffffff）
            newThr = (newCap < MAXIMUM_CAPACITY && ft < (float)MAXIMUM_CAPACITY ?
                      (int)ft : Integer.MAX_VALUE);
        }
        //更新阈值
        threshold = newThr;
        @SuppressWarnings({"rawtypes","unchecked"})
        //扩容
            Node<K,V>[] newTab = (Node<K,V>[])new Node[newCap];
        table = newTab;
        if (oldTab != null) {
            //遍历旧桶
            for (int j = 0; j < oldCap; ++j) {
                Node<K,V> e;
                //将旧桶中的数据放入新桶中
                if ((e = oldTab[j]) != null) {
                    oldTab[j] = null;
                    //如果该结点只有一个键值对
                    if (e.next == null)
                        //将该键值对插入节点中
                        newTab[e.hash & (newCap - 1)] = e;
                    //如果该节点时树的实例
                    else if (e instanceof TreeNode)
                        //将树中的node分离
                        ((TreeNode<K,V>)e).split(this, newTab, j, oldCap);
                    else { // preserve order
                         //如果旧桶中的结构为链表,链表重排，jdk1.8做的一系列优化
                        Node<K,V> loHead = null, loTail = null;
                        Node<K,V> hiHead = null, hiTail = null;
                        Node<K,V> next;
                        //遍历整个链表中的节点

                        do {
                            next = e.next;
                              // 原索引
                            if ((e.hash & oldCap) == 0) {
                                if (loTail == null)
                                    loHead = e;
                                else
                                    loTail.next = e;
                                loTail = e;
                            }
                            else {
                                // 原索引+oldCap
                                if (hiTail == null)
                                    hiHead = e;
                                else
                                    hiTail.next = e;
                                hiTail = e;
                            }
                        } while ((e = next) != null);
                         // 原索引放到bucket里
                        if (loTail != null) {
                            loTail.next = null;
                            newTab[j] = loHead;
                        }
                        // 原索引+oldCap放到bucket里
                        if (hiTail != null) {
                            hiTail.next = null;
                            newTab[j + oldCap] = hiHead;
                        }
                    }
                }
            }
        }
        return newTab;
    }

当hashmap的size大于阈值时触发扩容，桶大小扩大到原来的两倍。

原文地址：https://www.cnblogs.com/dengrongzhang/p/9375937.html