好了,上节我们聊了HashMap1.7的数据结构,存储流程,扩容机制,这回我们谈谈HashMap1.8。相比1.7而言,1.8做了较大的变更,包括红黑树的引入、hash计算方式、扩容机制等,话不多说,上干货!

1 红黑树的引入
由于红黑树的原理还是比较复杂,这里不做大篇幅讲解
1.1 红黑树
红黑树的特性:
①根节点是黑色的;
②每个叶子节点都是黑色的空节点(NIL),也就是说,叶子节点不存储数据;
③任何相邻的节点都不能同时为红色,也就是说,红色节点是被黑色节点隔开的;
④如果一个节点是红色的,则它的子节点必须是黑色;
⑤每个节点,从该节点到达其可达叶子节点的所有路径,都包含相同数目的黑色节点;

总的来说红黑说是一种近似平衡树,意味着它不像平衡二叉查找树,需要严格维持平衡,每次插入、删除都要做调整,而是左右旋转和改变颜色保证近似平衡,以至于插入和查找数据不至于性能退化的很严重,使得插入、删除、查找操作的时间复杂度都是 O(logn)。
1.2 HashMap中的使用:TreeNode
static final class TreeNode<K,V> extends LinkedHashMap.Entry<K,V> {//父节点、左子树、右子树、删除辅助节点 + 颜色TreeNode<K,V> parent;TreeNode<K,V> left;TreeNode<K,V> right;TreeNode<K,V> prev;boolean red;TreeNode(int hash, K key, V val, Node<K,V> next) {super(hash, key, val, next);}// 返回当前节点的根节点final TreeNode<K,V> root() {for (TreeNode<K,V> r = this, p;;) {if ((p = r.parent) == null)return r;r = p;}}
1.3 重要参数
//1.7为Entry对象存储k,v的数组,1.8改为Node类型数组,长度均为2的幂次方数transient Node<K,V>[] table;//桶的树化阈值:即 链表转成红黑树的阈值,在存储数据时,当链表长度 > 8时,则将链表转换成红黑树static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8;//桶的链表还原阈值:即 红黑树转为链表的阈值,当在扩容(resize())时(此时HashMap的数据存储位置会重新计算),在重新计算存储位置后,当原有的红黑树内数量 < 6时,则将红黑树转换成链表static final int UNTREEIFY_THRESHOLD = 6;//最小树形化容量阈值:即 当哈希表中的容量 > 该值时,才允许树形化链表 (即 将链表 转换成红黑树)// 否则,若桶内元素太多时,则直接扩容,而不是树形化// 为了避免进行扩容、树形化选择的冲突,这个值不能小于 4 * TREEIFY_THRESHOLDstatic final int MIN_TREEIFY_CAPACITY = 64;
2 存储流程新变化
由于红黑树树的引入,1.8相比1.7在put过程中新增了一个当产生冲突后,判断是链表还是红黑树的操作,详见流程图

2.1 查找get
(1)计算key的hashcode
(2)getNode获取待查询数据
(3)计算table数组中的位置first,数组没有,若是红黑树,则遍历红黑树,否则遍历单链表查找
public V get(Object key) {Node<K,V> e;// 1. 计算key的hash值// 2. 通过getNode()获取所查询的数据// 3. 获取后,判断数据是否为空return (e = getNode(hash(key), key)) == null ? null : e.value;}final Node<K,V> getNode(int hash, Object key) {Node<K,V>[] tab; Node<K,V> first, e; int n; K k;// 1. 计算存放在数组table中的位置if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 &&(first = tab[(n - 1) & hash]) != null) {// 2. 在数组、红黑树、链表中依次查找,用equals判断// 2.1 先在数组中找,若存在,则直接返回if (first.hash == hash && // always check first node((k = first.key) == key || (key != null && key.equals(k))))return first;// 2.2. 若数组中没有,则到红黑树中寻找if ((e = first.next) != null) {// 在树中getif (first instanceof TreeNode)return ((TreeNode<K,V>)first).getTreeNode(hash, key);// 2.3. 若红黑树中也没有,则遍历链表do {if (e.hash == hash &&((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))return e;} while ((e = e.next) != null);}}return null;}
2.2 新增put

public V put(K key, V value) {return putVal(hash(key), key, value, false, true);}final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,boolean evict) {Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, i;//1.第一次put,若table为空,此时会通过resize()初始化if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)n = (tab = resize()).length;//2.计算下标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;//3.是红黑树or链表else if (p instanceof TreeNode)e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);else {//4.遍历链表,通过equals判断是直接插入还是覆盖更新//新增节点后需要判断需要判断链表长度是否超过8(8为链表树化阈值),超过8则转化为红黑树for (int binCount = 0; ; ++binCount) {if ((e = p.next) == null) {p.next = newNode(hash, key, value, null);if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1sttreeifyBin(tab, hash); //转化为红黑树,从0开始遍历所以是>=7break;}if (e.hash == hash &&((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))break;p = e;}}if (e != null) { // existing mapping for keyV oldValue = e.value;if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)e.value = value; //替换老值afterNodeAccess(e);return oldValue;}}++modCount;if (++size > threshold)resize();//5.扩容afterNodeInsertion(evict);return null;}
2.3扩容 resize
当数组达到一定长度后,超过了扩容阈值,数组长度会扩容为原来2倍

(1)保存旧数组,容量,扩容阈值
(2)异常条件,超过最大值,不扩容
(3)左移,扩容两倍
(4)初始化新table
(5)通过尾插法,转移到新数组
(6)新table的后置处理
final Node<K,V>[] resize() {Node<K,V>[] oldTab = table; //扩容前数组int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length; //扩容前数组容量int oldThr = threshold; //扩容前数组阈值int newCap, newThr = 0;if (oldCap > 0) {//超过最大容量,不扩容if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) {threshold = Integer.MAX_VALUE;return oldTab;}//容量不够,需要扩容else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY &&oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)newThr = oldThr << 1; // double threshold 左移扩容两倍}else if (oldThr > 0) // initial capacity was placed in thresholdnewCap = oldThr;else { // zero initial threshold signifies using defaults初始化新tablenewCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY;newThr = (int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY);}if (newThr == 0) {float ft = (float)newCap * loadFactor;newThr = (newCap < MAXIMUM_CAPACITY && ft < (float)MAXIMUM_CAPACITY ?(int)ft : Integer.MAX_VALUE);}threshold = newThr;@SuppressWarnings({"rawtypes","unchecked"})Node<K,V>[] newTab = (Node<K,V>[])new Node[newCap];table = newTab;//移动old bucket到新的桶if (oldTab != null) {for (int j = 0; j < oldCap; ++j) {Node<K,V> e;if ((e = oldTab[j]) != null) {oldTab[j] = null;if (e.next == null)newTab[e.hash & (newCap - 1)] = e;else if (e instanceof TreeNode)((TreeNode<K,V>)e).split(this, newTab, j, oldCap);else { // preserve orderNode<K,V> loHead = null, loTail = null;Node<K,V> hiHead = null, hiTail = null;Node<K,V> next;do {next = e.next;//原索引if ((e.hash & oldCap) == 0) {if (loTail == null)loHead = e;elseloTail.next = e;loTail = e;}//原索引 + oldCapelse {if (hiTail == null)hiHead = e;elsehiTail.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;}
3 新优化
3.1 计算数组下标采用两次扰动(jdk1.7是9次,4次位运算+5次异或运算)
(1) h = key.hashCode()
(2) 高位与低位参与运算:h ^ (h >>> 16)
解释:比如key.hashcode = 10010110101010,那么如何直接拿 h & (len-1) 此处len-1 = 151001011010101001111-----------------------01010此时是否发现h的高16位压根就没有进行计算,那么只用低位计算是不是冲突的概率较大?这就是为什么将h=key.hashcode的高位和低位进行^操作后在与len-1进行&操作
3.2 转移数据,尾插法,直接插入链表尾部,避免循环链(1.7头插法)
篇幅原因,后续章节推出
4 小结(变与不变)
I. 变
1. hash算法再优化,2次扰动,hashcode()+高16位低16位异或
2. 引入红黑树优化查询效率,当单链表上的k,v键值对个数超过8时会执行treeifyBin,转化为红黑树,当长度小于6,又会再次转化为单链表,为什么是6才转化?是为了避免频繁来回转化
3. 单链表的插入由头插法改为尾插法,解决1.7中多线程下的循环链问题,但是它依然不是线程安全的,多线程put,线程B可能覆盖线程A的值
4. 先插入再进行扩容,1.7是扩容后插入
5. 扩容后,index位置的计算优化,转移数据时统一计算,而1.7是单独计算
II. 不变
1. 默认容量16,扩容因子0.75
2. 扩容2倍,数组容量为2的幂次方数,为什么?见day2
3. 计算数组位置方法仍为:h & (length-1)




