1.HashMap数据结构
jdk7:数组+链表(头插法)
jdk8:数组(操作时间复杂度为o(1))+链表(解决hash碰撞冲突)+(红黑树)
单向链表只能向前查找,不能往向查找。
双向链表可以往回查找。
2.重要成员变量
- DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; Hash表默认初始容量
- MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30; 最大Hash表容量
- DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;默认加载因子
- TREEIFY_THRESHOLD = 8;链表转红黑树阈值
- UNTREEIFY_THRESHOLD = 6;红黑树转链表阈值
- MIN_TREEIFY_CAPACITY = 64;链表转红黑树时hash表最小容量阈值,达不到优先扩容。
3.内部的执行机制源码
HashMap是线程不安全的,不安全的具体原因就是在高并发场景下,扩容可能产生死锁(Jdk1.7存在)以及get操作可能带来的数据丢失。
Jdk7-扩容死锁分析
死锁问题核心在于下面代码,多线程扩容导致形成的链表环!主要原因是没做同步锁导致多个线程同时都在做transfer从而形成死锁。
去掉了一些冗余的代码, 层次结构更加清晰了。
- 第一行:记录oldhash表中e.next
- 第二行:rehash计算出数组的位置(hash表中桶的位置)
- 第三行:e要插入链表的头部, 所以要先将e.next指向new hash表中的第一个元素
- 第四行:将e放入到new hash表的头部
- 第五行: 转移e到下一个节点, 继续循环下去
单线程扩容
假设:hash算法就是简单的key与length(数组长度)求余。hash表长度为2,如果不扩容, 那么元素key为3,5,7按照计算(key%table.length)的话都应该碰撞到table[1]上。
扩容:hash表长度会扩容为4重新hash,key=3 会落到table[3]上(3%4=3), 当前e.next为key(7), 继续while循环重新hash,key=7 会落到table[3]上(7%4=3), 产生碰撞, 这里采用的是头插入法,所以key=7的Entry会排在key=3前面(这里可以具体看while语句中代码)当前e.next为key(5), 继续while循环重新hash,key=5 会落到table[1]上(5%4=3), 当前e.next为null, 跳出while循环,resize结束。
如下图所示
多线程扩容
下面就是多线程同时put的情况了, 然后同时进入transfer方法中:假设这里有两个线程同时执行了put()操作,并进入了transfer()环节
那么此时状态为:
从上面的图我们可以看到,因为线程1的 e 指向了 key(3),而 next 指向了 key(7),在线程2 rehash 后,就指向了线程2 rehash 后的链表。
然后线程1被唤醒了:
- 执行e.next = newTable[i],于是 key(3)的 next 指向了线程1的新 Hash 表,因为新 Hash 表为空,所以e.next = null,
- 执行newTable[i] = e,所以线程1的新 Hash 表第一个元素指向了线程2新 Hash 表的 key(3)。好了,e 处理完毕。
- 执行e = next,将 e 指向 next,所以新的 e 是 key(7)
然后该执行 key(3)的 next 节点 key(7)了:
- 现在的 e 节点是 key(7),首先执行Entry next = e.next,那么 next 就是 key(3)了
- 执行e.next = newTable[i],于是key(7) 的 next 就成了 key(3)
- 执行newTable[i] = e,那么线程1的新 Hash 表第一个元素变成了 key(7)
- 执行e = next,将 e 指向 next,所以新的 e 是 key(3)
此时状态为:
然后又该执行 key(7)的 next 节点 key(3)了:
- 现在的 e 节点是 key(3),首先执行Entry next = e.next,那么 next 就是 null
- 执行e.next = newTable[i],于是key(3) 的 next 就成了 key(7)
- 执行newTable[i] = e,那么线程1的新 Hash 表第一个元素变成了 key(3)
- 执行e = next,将 e 指向 next,所以新的 e 是 key(7)
这时候的状态如图所示:
很明显,环形链表出现了。
Jdk8-扩容
Java8 HashMap扩容跳过了Jdk7扩容的坑,对源码进行了优化,采用高低位拆分转移方式,避免了链表环的产生。
扩容前:
扩容后:
由于Jdk8引入了新的数据结构,所以put方法过程也有了一定改进,其过程如下图所示。
总结:
java jdk8中对HashMap的源码进行了优化,在jdk7中,HashMap处理“碰撞”的时候,都是采用链表来存储,当碰撞的结点很多时,查询时间是O(n)。
在jdk8中,HashMap处理“碰撞”增加了红黑树这种数据结构,当碰撞结点较少时,采用链表存储,当较大时(>8个),采用红黑树(特点是查询时间是O(logn))存储(有一个阀值控制,大于阀值(8个),将链表存储转换成红黑树存储)。
虽说jdk8中对HashMap做了优化,不会产生死锁问题了,但在面对高并发的情况下依然是会有问题的,毕竟HashMap是线程不安全的,所以高并发场景下推荐使用concurrentHashMap。
TreeMap
HashMap是无序的,想让Map有序的话可以用TreeMap