HashMap源码解析!
HashMap源码解析!
月伴飞鱼HashMap 底层的数据结构主要是:数组 + 链表 + 红黑树。
其中当链表的长度大于等于 8 时,链表会转化成红黑树,当红黑树的大小小于等于 6 时,红黑树会转化成链表。
常见属性
1 | //初始容量为 16 |
新增
1、空数组有无初始化,没有的话初始化。
2、如果通过 key 的 hash 能够直接找到值,跳转到 6,否则到 3。
3、如果 hash 冲突,两种解决方案:链表 or 红黑树。
4、如果是链表,递归循环,把新元素追加到队尾。
5、如果是红黑树,调用红黑树新增的方法。
6、通过 2、4、5 将新元素追加成功,再根据 onlyIfAbsent 判断是否需要覆盖。
7、判断是否需要扩容,需要扩容进行扩容,结束。
1 | // 入参 hash:通过 hash 算法计算出来的值。 |
链表的新增
当链表长度大于等于 8 时,此时的链表就会转化成红黑树,转化的方法是:treeifyBin。
此方法有一个判断,当链表长度大于等于 8,并且整个数组大小大于 64 时,才会转成红黑树。
- 当数组大小小于 64 时,只会触发扩容,不会转化成红黑树。
JDK1.7中链表插入采用的是头插法,JDK1.8中插入使用的是尾插法。
- 头插法:扩容时,扩容的逻辑会导致节点互相引用,导致死循环。
为什么是8?
链表查询的时间复杂度是
O(n)
,红黑树的查询复杂度是O(log(n))
。在链表数据不多的时候,使用链表进行遍历也比较快,只有当链表数据比较多的时候,才会转化成红黑树。
但红黑树需要的占用空间是链表的 2 倍,考虑到转化时间和空间损耗。
在考虑设计 8 这个值的时候,参考了泊松分布概率函数,由泊松分布中得出结论,链表各个长度的命中概率为:
1 | * 0: 0.60653066 |
当链表的长度是 8 的时候,出现的概率是 0.00000006,不到千万分之一。
所以说正常情况下,链表的长度不可能到达 8 ,而一旦到达 8 时,肯定是 hash 算法出了问题。
所以在这种情况下,为了让
HashMap
仍然有较高的查询性能,所以让链表转化成红黑树。
红黑树新增节点过程
1、首先判断新增的节点在红黑树上是不是已经存在:
如果节点没有实现 Comparable 接口,使用 equals 进行判断。
如果节点自己实现了 Comparable 接口,使用 compareTo 进行判断。
2、新增的节点如果已经在红黑树上,直接返回。
- 不在的话,判断新增节点是在当前节点的左边还是右边,左边值小,右边值大。
3、自旋递归 1 和 2 步,直到当前节点的左边或者右边的节点为空时,停止自旋,当前节点即为我们新增节点的父节点。
4、把新增节点放到当前节点的左边或右边为空的地方,并于当前节点建立父子节点关系。
5、进行着色和旋转,结束。
扩容机制
扩容阈值:
阈值 = 容量 x 负载因子
,假设当前HashMap
的容量是 16,负载因子是默认值 0.75。- 当 size 到达
16 x 0.75=
12 的时候,就会触发扩容。
查找
根据 hash 算法定位数组的索引位置,equals 判断当前节点是否是我们需要寻找的 key,是的话直接返回,不是的话往下。
判断当前节点有无 next 节点,有的话判断是链表类型,还是红黑树类型。
分别走链表和红黑树不同类型的查找方法。
1 | // 采用自旋方式从链表中查找 key,e 初始为为链表的头节点 |
HashMap为什么是线程不安全的
同时 put 碰撞导致数据丢失。
- 多个线程同时使用 put 来添加元素,而且两个 put 的 key 是一样的,它们发生了碰撞,这样最终就只会保留一个数据。
可见性问题无法保证。
- 如果线程 1 给某个 key 放入了一个新值,那么线程 2 在获取对应的 key 的值的时候,它的可见性是无法保证的。
死循环造成 CPU 100%:
- 扩容的时候,会反转散列桶中的节点顺序。
- 当有多个线程同时进行扩容的时候,如果两个线程同时反转的话,便可能形成一个循环。