HashMap

HashMap

  1. 当变成红黑树之前会将单向链表变成双向链表,所以jdk1.8(1.8之前没有红黑树)后红黑树不仅具有红黑树的特点,还有双向链表的特点,在查找,增加和删除元素时用的是红黑树的特点,在遍历的时候用的是双向链表的特点

  2. 链表的长度大于8的时候才会转为红黑树

  3. 红黑树的特点,节点不可能出现双红,红节点的父节点一定是黑节点

  4. 为什么要对key的高16位做异或运算呢?

    //put操作
     public V put(K key, V value) {
            return putVal(hash(key), key, value, false, true);
        }
    //对key进行hash处理
    static final int hash(Object key) {
            int h;
         //为什么hashMap中key可以为null,因为这里处理了,当key为null时,其hash值为0
            return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
        }
    //部分putVal方法
    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;
             //数组容量-1与上经过高16位运算的hash值
            if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
                tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
            else {
                Node<K,V> e; K k;
                if (p.hash == hash &&
                    ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                    e = p;
                else if (p instanceof TreeNode)
                    ......
    
       
    

因为最终求得数组索引的位置是通过这个(n - 1) & hash方式计算得到的,n表示的是数组容量,并且n是2的幂次方,所以n-1得到的2进制数就是后面的都为1,前面的都为0,比如 n = 8 时,那么(n-1)对应的二进制数最后三位为111,前面的都是0,同理 n = 16 时,(n-1)对应的最后四位为1111,前面的都为0,因为&运算是一假即假,所以影响&运算结果的就是后面那几位,也就是对应的2的多少次方,比如8为2的3次方,那么影响&运算结果的就是后面3位,16为2的4次方,所以影响&运算结果的就是后面四位,以此类推,2的n次方,影响其&运算结果的就是后面的n位,而我们的日常开发中n最大基本上也到不了2^16(2的16次方),所以(n-1)& key的hashCode值(32位)进行运算时,key的hashCode最多就只有后16位参与了运算,高16位就没有参与运算,那么这样子就增加了数组中索引碰撞的概率,导致整个数组利用率不高,所以为了让key的hashCode值的高16位也参加进来,使其hash值更加散列,减少碰撞几率,就先对key的hashCode值进行了高16位的异或运算

常见问题

1.jdk1.8中HashMap的底层数据结构是数组+链表(单向,在转为红黑树之前会先变成双向的)+红黑树结构
2.默认容量是16,拓容阈值 = 负载因子(0.75)* 数组容量,可以自定义初始容量,如果不是2的幂次方,那么内部会有tableSizeFor找到离我们自定义容量最近的2的幂次方数值作为数组长度,比如你设置的初始容量为31,那么tableSizeFor会自动将数组容量转为32(2的5次方)

put逻辑:

  1. 通过key的hash值(key的hashCode值异或运算上key的hashCode值的高16位所得到的hash值)&(数组长度 - 1)计算出索引位置,判断是否为空,如果为空,直接在这个数组位置上放入Node对象,如果不为空,遍历链表,先判断下一个元素是否为null,然后使用if(p.hash == hash && ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))公式判断是否为同一个元素,如果一直不同,直到下一个元素为null时,那么就往链表中尾插法插入元素

  2. 当链表长度大于8,同时数组长度小于64时,只会进行拓容操作

  3. 当链表长度大于8,同时数组长度大于64时,会进行树化操作,单向链表转红黑树之前,会先转为双向链表,再进行树化,目的就是当我们查询,增加和删除元素时使用红黑树的特性,而遍历的时候使用双向链表的特性

  4. 当添加的元素个数大于拓容阈值的时候会进行拓容的操作,这里需要注意的是当我的数组容量为16的时候,那么我的拓容阈值为12,只要往里面添加的元素大于12个,不管它在什么位置,即使都在数组的第一个位置上(链表上),剩下15个数组的位置没有用,那么再插入一个元素的时候还是会拓容,总结来说只要插入的元素大于12时就会进行拓容

  5. 判断是否是同一个值的公式:if(p.hash == hash && ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))

  6. 如何判断放进来的是否是同一个值,先判断key的hash值是否相等,hash值相等后还要判断key是否相等或者equals是否相等,如果条件满足才是同一个值进行覆盖,这里就衍生出一个问题,如果是自定义的key,重写了equas方法,但是没有重写hashcode方法,如果不重写hashcode方法,那么默认的hashcode就是地址值,那么我们定义的两个内容相等就为同一个对象的做法在hashMap中时就可能会有问题,两个内容相等但hashcode值不一样的对象作为key,存入hashMap时,由于hashCode值不一样,就可能得到不一样的数组索引,所以定义的相同的key就不会百分百覆盖了,另外就是比如两个key计算得到的hash值分别为1和17,那么经过对16取余的运算,得到的都是索引1,就会去到同一个位置,同一个位置时会先判断其hash值是否一样,明显是不一样的,所以即使去到了同一个数组索引,也不会覆盖,还有一种情况,就是两个key的内存地址对应的hashcode值恰好一模一样,那么这时候所得的hash值是一样的,重写了equals,内容也是一样的,这时候就可以覆盖,所以最终就出现了一种情况,我们的size容量,可能一会儿多一个一会儿少一个,不稳定。

拓容逻辑

  1. 新数组长度是原数组长度*2

  2. 循环旧数组,如果数组位置上为null,那么就直接跳过,如果数组位置上只有一个元素,那么就会根据这个元素的hash值计算放在新数组的哪个位置

  3. 如果是链表,那么就会将链表分割成高位链表和低位链表,将低位链表插入到计算得到的新数组的j位置,往j+n位置插入高位链表

  4. 如果是红黑树,会分割成高位双向链表和低位双向链表,如果分裂出来的链表个数 <= 6,那么就会转成单向链表,如果大于6则会将分裂出来的链表变成新的红黑树

  5. x%n(x对n取余) = x&(n-1)的前提是n必须是2的n次方,将模运算变成与运算的目的是提高计算的性能,因为程序更利于处理2进制的运算

  6. 两种情况下会拓容,一是当插入的元素个数大于拓容阈值的时候,二是当链表上的个数大于8,且数组长度小于64的时候

hash算法

  1. int类型数据的hash值,底层返回的就是它本身(hash目的尽量是分散点,不要重复,现在我有1,2,3,4,5共5个数,那怎么计算hash值保证既简单又不重复呢?那就是返回它本身)
  1. 拓容时如果对应的位置是链表,数据是怎么转到新数组中去的呢?比如旧数组容量为16,那么当hash值为1或者17,33的key所在的索引都是一样的都在1号位置,这时候如果拓容了,新数组容量为32,那么hash值为17的key就不在1号索引位置了,而是去到了索引为17的位置(17 % 32 ),而hash值为1的key在新数组的1号位置,1号位就是低位链表过来的,17号位就是高位链表过来的,那低位链表和高位链表是怎么得到的呢?

    do {
        next = e.next;
       /* 主要就是通过这里来计算高位和低位链表的,当(e.hash &oldCap) == 0就是低位链表里面的节点,不等0时就是高位链表里面的节点,所以高位链表元素在新数组中位置为低位链表所在的位置+oldCap(旧数组容量)*/
        if ((e.hash & oldCap) == 0) {
            if (loTail == null)
                loHead = e;
            else
                loTail.next = e;
            loTail = e;
        }
        else {
    
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