让星星⭐月亮告诉你,HashMap之往红黑树添加元素-putTreeVal方法源码解读

简介: 本文详细解析了Java `HashMap` 中 `putTreeVal` 方法的源码,该方法用于在红黑树中添加元素。当数组索引位置已存在红黑树类型的元素时,会调用此方法。具体步骤包括:从根节点开始遍历红黑树,找到合适位置插入新元素,调整节点指针,保持红黑树平衡,并确保根节点是链表头节点。通过源码解析,帮助读者深入理解 `HashMap` 的内部实现机制。

PS:由于文档是我在本地编写好之后再复制过来的,有些文本格式没能完整的体现,故提供下述图片,供大家阅览,以便有更好的阅读体验:
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HashMap之往红黑树添加元素-putTreeVal方法源码解读

1、当要put的元素所在数组索引位置已存在元素,且是红黑树类型时,就会调用putTreeVal方法添加元素到红黑树上,具体操作步骤如下:

  1. 从根节点开始,到左右子树,层层递进,遍历红黑树,找到用于存放元素的合适位置;
  2. 将元素放入指定位置,并修改链表/红黑树相关节点的前prev后next父parent子(left/right)指向;
  3. 平衡红黑树;
  4. 保证红黑树根节点是链表头节点

    2、具体,详见下述的源码解析:

1、/HashMap中调用putTreeVal ()方法的地方/

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;
        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)
                **e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);**
            else {
   
                for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
   
                    if ((e = p.next) == null) {
   
                        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,会与putTreeVal方法对应
                V oldValue = e.value;
                if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
                    e.value = value;
                afterNodeAccess(e);
                return oldValue;
            }**
        }
        ++modCount;
        if (++size > threshold)
            resize();
        afterNodeInsertion(evict);
        return null;
    }

2、/*HashMap的putTreeVal ()方法/

/*** Tree version of putVal. */
        final TreeNode<K,V> putTreeVal(HashMap<K,V> map, Node<K,V>[] tab, int h, K k, V v) {
   
            Class<?> kc = null;
            boolean searched = false;
            TreeNode<K,V> root = (parent != null) ? root() : this;
            for (TreeNode<K,V> p = root; ; ) {
   //从根节点开始遍历
                int dir, ph; K pk;
                if ((ph = p.hash) > h) //h小于p,hash,dir=-1<0
                    dir = -1;
                else if (ph < h) //h大于p.hash,dir=1>0
                    dir = 1;
                else if ((pk = p.key) == k || (k != null && k.equals(pk))) //走到此处说明要put的元素的k的hash和k都跟p的hash和p的k相等,说明该关键字对应元素已经在map中存在过,位置就是p的位置,直接返回该元素,进入到putVal方法的// existing mapping for key处进行处理(将元素对应的旧值替换成要put的新值v)
                    return p;
//走到此处,说明:hash相等,k不等,需要继续确定位置(到左右子树中去寻找)
                else if ((kc == null && (kc = comparableClassFor(k)) == null) || //k是不可比较类型
                         (dir = compareComparables(kc, k, pk)) == 0) {
    //k和pk无法比较,或者可以比较但比较后为0相等(这里相等但是k本身又不相等,逻辑上讲不通,说明也还是没法比较;只能再去左右分支找一下看有没有相等k的元素)
                    if (!searched) {
   
                        TreeNode<K,V> q, ch;
                        searched = true;
                        if (((ch = p.left) != null && (q = ch.find(h, k, kc)) != null) || //去左分支找
                          ((ch = p.right) != null && (q = ch.find(h, k, kc)) != null)) //去右分支找
                            return q; //找到相同k的元素则返回
                    }
                    dir = tieBreakOrder(k, pk); //找不到说明没有相同k的元素,则直接用k和ok调用System. identityHashCode(Object x)进行终极PK
                }
//疑问:为何最后一个else if里只判断不可比较的情况(还包含可比较但比较后为0,逻辑上讲不通的情况),可比较的情况为什么不判断了呢?
(猜测(不一定准确,欢迎指正):若k和pk可比较(结合上下文理解,这里可比较隐含的意思其实是两者肯定不等),则根据两者计算得到的hash值h和ph应该可以判断出大小,就不需要走到最后一个else if里了。相当于前面已经处理过可比较的情况了,包含了可比较的情形。)
//截至到现在。经过上述处理,肯定可以确定dir的值了
                TreeNode<K,V> xp = p; //这里将p原有的值存入xp,以备后续代码使用 
                if ((p = (dir <= 0) ? p.left : p.right) == null) {
   //判断dir所指向的方向上的左右分支是否有元素,若没有,则将新元素放到指定分支(确定了新元素要存放的位置在p之后);若有元素,则继续往指定分支上循环递进处理下去
                    Node<K,V> xpn = xp.next; //因新元素位置在p之后,故要将x放入xp和xpn中间
                    TreeNode<K,V> x = map.newTreeNode(h, k, v, xpn); //定义新元素,为xp=p的下一个next节点
                    if (dir <= 0) //小于等于0左节点
                        xp.left = x;
                    else//大于0右节点
                        xp.right = x;
                    xp.next = x; //x是xp的next节点
                    x.parent = x.prev = xp; //xp是x的parent父节点和prev前一个节点
                    if (xpn != null)
                        ((TreeNode<K,V>)xpn).prev = x; //将x放在xpn的前一个节点
                    moveRootToFront(tab, balanceInsertion(root, x)); //确保插入x后红黑树自平衡以及确保根节点是头节点
                    return null; //返回null,说明是新加入的k对应的元素
                }
            }
        }
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