【JDK 源码分析】HashMap 底层结构

简介: 【1月更文挑战第27天】【JDK 源码分析】HashMap 底层结构

针对于HashMap来说,主要有两个版本的区别JDK 1.7JDK 1.8。先来看看JDK 1.7版本的底层实现:

JDK 1.7中,首先是把元素放在一个数组里面,后来存放的数据元素,当出现Hash碰撞时,通过使用链表的方式进行存放。采用的是 数据 + 链表 的方式进行存储。但存储的元素足够大的时候,出现Hash碰撞的概率也越来越大,此时的链表长度将会越来越长,此时查询的复杂度提高。

JDK 1.8中,针对链表进行改进,当链表长度达到8,数组长度达到64时,就会把链表转换为 红黑树结构。

问题一:什么是红黑树呢?

红黑树是一个自平衡的二叉查找树,也就是说红黑树的查找效率是非常的高,查找效率会从链表的o(n)降低为o(logn)

问题二:为什么不一下子把整个链表变为红黑树呢?

这个问题的意思是这样的,就是说我们为什么非要等到链表的长度大于等于8的时候,才转变成红黑树?在这里可以从两方面来解释

  1. 构造红黑树要比构造链表复杂,在链表的节点不多的时候,从整体的性能看来, 数组+链表+红黑树的结构可能不一定比数组+链表的结构性能高。
  2. HashMap频繁的扩容,会造成底部红黑树不断的进行拆分和重组,这是非常耗时的。因此,也就是链表长度比较长的时候转变成红黑树才会显著提高效率。

默认限制常量:

HashMap中维护了以下几个常量控制初始化、链表和树的转化、扩容等默认限制:

// 声明了HashMap数组的初始化长度:16(必须是2的整数倍)
static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; 
// 声明了HashMap的最大容量:
static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;
// 默认的加载因子(在进行数组扩容时使用,可以通过构造器传入)
static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;
// 链表树化阈值,达到8时进行树化操作:
static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8;
// 树退化阈值,当树节点数小于6时,就会退化为链表:
static final int UNTREEIFY_THRESHOLD = 6;
// 树化要求的最小数组长度:
static final int MIN_TREEIFY_CAPACITY = 64;

Node 数组:

HashMap结构中还维护了一个Node类型的table数组。该表在首次使用时初始化,并根据需要调整大小。分配时,长度始终是2的幂。

// 这个表在进行new HashMap()时并不会进行初始化,
// 而是在第一次put元素时初始化
transient Node<K,V>[] table;

Node结构,本身是一个单链表结构:

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;
    }
}

entrySet 集合:

HashMap中还维护了一个Map.Entry类型的Set集合:

transient Set<Map.Entry<K,V>> entrySet;

其中每个元素都是一个Map.Entry对象,该对象包含了键和值的对应关系。通过遍历entrySet()返回的Set集合,可以方便地获取HashMap中所有的键值对。

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