结构
数组+链表+红黑树
- 数组:Node数组,集合元素实际存储位置
- 链表:哈希冲突,形成的哈希冲突链
- 红黑树,树上还维护着一个双向链表
- 哈希冲突链上的节点数量到达8,且集合中全部元素个数超过64,链表转化成红黑树
- 红黑树上节点个数少于6,红黑树自动转化为链表

// 默认的初始容量-必须是2的幂static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; // aka 16/*** 集合的最大容量,如果两个带参数的构造函数中的任何一个隐式指定了更高的值,则使用该值* 集合容量一定是一个小于等于1<<30的2的幂的整数*/static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;// 默认的负载因子static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;// 冲突链转换成红黑树的最小节点数,转树的阈值static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8;// 红黑树退化成链表的阈值static final int UNTREEIFY_THRESHOLD = 6;/*** 被树形化的最小表容量。(否则,如果一个bin中有太多节点,则会调整表的大小。)* 应该至少为4 * TREEIFY_THRESHOLD,以避免调整大小和树化阈值之间的冲突。*/static final int MIN_TREEIFY_CAPACITY = 64;
// 表在第一次使用时进行初始化,并根据需要调整大小。分配时,长度总是2的幂transient Node<K,V>[] table;// 保存缓存entrySet()。注意keySet()和values()使用了AbstractMap的字段transient Set<Map.Entry<K,V>> entrySet;// 集合中存储的key-value对的数量transient int size;/*** 改变HashMap中映射的数量或以其他方式修改其内部结构(例如,rehash)的次数** 用于使HashMap的集合视图上的迭代器快速失效(见ConcurrentModificationException)*/transient int modCount;// 扩容阈值,集合元素数量到达这个值将要进行扩容int threshold;// 负载因子final float loadFactor;
// HashMap的基本bin节点static class Node<K,V> implements Map.Entry<K,V> {final int hash;final K key;V value;Node<K,V> next; // 链表}// 红黑树节点static final class TreeNode<K,V> extends LinkedHashMap.Entry<K,V> {TreeNode<K,V> parent; // red-black tree linksTreeNode<K,V> left;TreeNode<K,V> right;TreeNode<K,V> prev; // needed to unlink next upon deletionboolean red;//……}static class Entry<K,V> extends HashMap.Node<K,V> {// 双向链表Entry<K,V> before, after;Entry(int hash, K key, V value, Node<K,V> next) {super(hash, key, value, next);}}
创建
// 构造具有指定初始容量和加载因子的空HashMappublic HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {if (initialCapacity < 0)throw new IllegalArgumentException("Illegal initial capacity: " +initialCapacity);if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY)initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY;if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor))throw new IllegalArgumentException("Illegal load factor: " +loadFactor);this.loadFactor = loadFactor;// tableSizeFor方法计算出一个大于等于initialCapacity的最小的2的幂次方的整数this.threshold = tableSizeFor(initialCapacity);}// 构造一个具有指定的初始容量和默认加载因子(0.75)的空HashMappublic HashMap(int initialCapacity) {this(initialCapacity, DEFAULT_LOAD_FACTOR);}// 构造一个具有默认初始容量(16)和默认加载因子(0.75)的空HashMappublic HashMap() {this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR; // all other fields defaulted}/*** 使用与指定Map相同的映射构造一个新的HashMap* HashMap使用默认的装载因子(0.75)创建,初始容量足以容纳指定映射中的映射*/public HashMap(Map<? extends K, ? extends V> m) {this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR;putMapEntries(m, false);}
put操作
将指定的值与此map中的指定键关联。如果该map先前包含了该键的映射,则旧值将被替换
public V put(K key, V value) {return putVal(hash(key), key, value, false, true);}
putVal
// put方法的具体实现final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,boolean evict) {Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, i;// table为空,通过resize方法初始化table数组if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)n = (tab = resize()).length;// 计算索引位置,如果该位置没有元素,直接在该位置新增一个节点if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)tab[i] = newNode(hash, key, value, null);else { // 该索引位置有元素,遍历查找位置插入新元素Node<K,V> e; K k;// 判断p节点的key是否和传入的key相同,相同p节点就是目标节点,就将p赋值给eif (p.hash == hash &&((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))e = p;// 如果p节点是树节点,调用红黑树的putTreeVal方法插入节点else if (p instanceof TreeNode)e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);else { // 说明是链表节点// 遍历链表for (int binCount = 0; ; ++binCount) {// 遍历到链表尾部,插入新元素节点if ((e = p.next) == null) {p.next = newNode(hash, key, value, null);// 链表元素个数到达转化成树的阈值时,转换成红黑树if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1sttreeifyBin(tab, hash);break;}// e节点key和传入的key相同,找到目标节点eif (e.hash == hash &&((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))break;p = e;}}// 存在目标节点,使用新的value覆盖该节点旧的oldValue值,并返回oldValueif (e != null) { // existing mapping for keyV oldValue = e.value;//if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)e.value = value;afterNodeAccess(e);return oldValue;}}++modCount;// 如果插入节点后集合中节点数目超过扩容阈值,调用resize方法扩容if (++size > threshold)resize();afterNodeInsertion(evict);return null;}
treeifyBin
链表上节点数目到达一定值(默认8)时,链表转化成红黑树
final void treeifyBin(Node<K,V>[] tab, int hash) {int n, index; Node<K,V> e;// table为空或者table的长度小于最小转换成树的阈值,扩容if (tab == null || (n = tab.length) < MIN_TREEIFY_CAPACITY)resize();// 根据hash计算索引,从索引位置的链表头节点开始遍历链表else if ((e = tab[index = (n - 1) & hash]) != null) {TreeNode<K,V> hd = null, tl = null;do {// 将当前链表节点e转成红黑树节点pTreeNode<K,V> p = replacementTreeNode(e, null);// tl为null,表示第一次循环if (tl == null)// 第一次循环节点赋值给头节点hd = p;else { // 不是第一次遍历,处理当前节点的prev属性和上一个节点的next属性p.prev = tl;tl.next = p;}tl = p;} while ((e = e.next) != null);/*将table该索引位置赋值为新转的TreeNode的头节点,如果该节点不为空,则以头节点(hd)为根节点, 构建红黑树*/if ((tab[index] = hd) != null)hd.treeify(tab);}}
resize
/*** 初始化或扩容* 1、如果table为null,则按照threshold中保留的初始容量进行分配* i、构造方法执行后Threshold中保存的是table数组的大小,初始化后这个字段存储的是扩容阈值* 2、扩容,使用2的幂展开,每个bin中的元素必须保持在相同的索引位置,或者在新表中以2的幂偏移量移动*/final Node<K,V>[] resize() {Node<K,V>[] oldTab = table;int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length;int oldThr = threshold;int newCap, newThr = 0;// table数组容量>0,将要进行扩容操作if (oldCap > 0) {// table容量超过集合最大容量,使用最大容量if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) {threshold = Integer.MAX_VALUE;return oldTab;}// 扩容2倍,如果table容量大于等于默认初始容量,扩容阈值直接也扩大2倍else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY &&oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)newThr = oldThr << 1; // 扩容阈值翻倍}// table数组容量<=0且指定table将要初始化的容量>0,将要使用这个oldThr初始化table数组else if (oldThr > 0) // initial capacity was placed in thresholdnewCap = oldThr;else { // 没有指定table要初始化的容量,使用默认值newCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY;newThr = (int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY);}// 设置扩容阈值if (newThr == 0) {float ft = (float)newCap * loadFactor;newThr = (newCap < MAXIMUM_CAPACITY && ft < (float)MAXIMUM_CAPACITY ?(int)ft : Integer.MAX_VALUE);}threshold = newThr;// 创建一个容量为原来2倍的Node数组,table指向新的数组@SuppressWarnings({"rawtypes","unchecked"})Node<K,V>[] newTab = (Node<K,V>[])new Node[newCap];table = newTab;// 将集合中的元素迁移到新的Node数组中if (oldTab != null) {for (int j = 0; j < oldCap; ++j) {Node<K,V> e;// 原先table数组该索引位置存在元素if ((e = oldTab[j]) != null) {oldTab[j] = null;// 原先table数组中的索引位置只有一个元素if (e.next == null)newTab[e.hash & (newCap - 1)] = e;else if (e instanceof TreeNode) // 红黑树//((TreeNode<K,V>)e).split(this, newTab, j, oldCap);else { // 链表// 存储索引位置为“原索引位置”的节点Node<K,V> loHead = null, loTail = null;// 存储索引位置为“原索引位置 + oldCap”的节点Node<K,V> hiHead = null, hiTail = null;Node<K,V> next;// 先组成两个链表(索引位置不变、索引位置=原索引位置+oldCap)do {next = e.next;// 该节点在新表索引位置和在老表索引位置相同if ((e.hash & oldCap) == 0) {// 是链表的第一个节点if (loTail == null)loHead = e;else // 不是第一个节点,追加到链表尾部loTail.next = e;loTail = e;}else { // 该节点在新表索引位置 = 在老表索引位置 + oldCap// 是链表的第一个节点if (hiTail == null)hiHead = e;else // 不是第一个节点,追加到链表尾部hiTail.next = e;hiTail = e;}} while ((e = next) != null);// 遍历结束条件// 索引位置相同的链表,表头放入新Node数组newTab的对应索引位置if (loTail != null) {loTail.next = null;newTab[j] = loHead;}// 索引位置=原索引位置+oldCap的链表,newTab的对应索引位置存储表头hiHeadif (hiTail != null) {hiTail.next = null;newTab[j + oldCap] = hiHead;}}}}}return newTab;}
split
将原红黑树拆分为两棵树,如果树节点太小退化成链表(该方法只在resize方法中使用)
原树节点重新拆分到新table中后只可能在两个位置
- 原索引位置
- 原索引位置 + oldCap
前置知识
- 转为红黑树节点后,链表的结构还存在,通过 next 属性维持,红黑树节点在进行操作时都会维护链表的结构,并不是转为红黑树节点,链表结构就不存在了
- 源码中进行红黑树的查找时,会反复用到以下两条规则 【红黑树的特性(左节点 < 根节点 < 右节点)】
- 如果目标节点的 hash 值小于 p 节点的 hash 值,则向 p 节点的左边遍历;否则向 p 节点的右边遍历
- 如果目标节点的 key 值小于 p 节点的 key 值,则向 p 节点的左边遍历;否则向 p 节点的右边遍历
/*** 将原红黑树拆分为两棵树,如果树节点太小退化成链表(该方法只在resize方法中使用)* map——this、tab——newTab、index——原tab数组指定索引位置、bit——oldCap*/final void split(HashMap<K,V> map, Node<K,V>[] tab, int index, int bit) {TreeNode<K,V> b = this;// 原索引位置不变TreeNode<K,V> loHead = null, loTail = null;// 原索引位置+oldCapTreeNode<K,V> hiHead = null, hiTail = null;// 迁移到指定位置的节点个数int lc = 0, hc = 0;// 红黑树本身也维护了一个链表,可以按照链表方式遍历每个节点for (TreeNode<K,V> e = b, next; e != null; e = next) {// 下一个节点next = (TreeNode<K,V>)e.next;// 释放节点,方便垃圾回收e.next = null;// 迁移到新数组后索引位置不变if ((e.hash & bit) == 0) {// 该节点为第一个节点if ((e.prev = loTail) == null)loHead = e;else // 该节点不是第一个节点,追加到链表尾部loTail.next = e;// loTail赋值为新增的节点loTail = e;// 记录该索引位置链表的节点个数++lc;}// 迁移到新数组后索引位置 = 原索引位置 + oldCapelse {if ((e.prev = hiTail) == null)hiHead = e;elsehiTail.next = e;hiTail = e;++hc;}}// 索引位置不变的情况,该索引位置中存在元素if (loHead != null) {// 元素个数较小,红黑树退化为链表if (lc <= UNTREEIFY_THRESHOLD)tab[index] = loHead.untreeify(map);else { // 树化tab[index] = loHead;if (hiHead != null) // (else is already treeified)loHead.treeify(tab);}}if (hiHead != null) {if (hc <= UNTREEIFY_THRESHOLD)tab[index + bit] = hiHead.untreeify(map);else {tab[index + bit] = hiHead;if (loHead != null)hiHead.treeify(tab);}}}
untreeify
从红黑树退化到链表
// 这里的this是红黑树final Node<K,V> untreeify(HashMap<K,V> map) {Node<K,V> hd = null, tl = null;// 遍历红黑树自身维护的链表for (Node<K,V> q = this; q != null; q = q.next) {// 将红黑树节点转换为普通的Node节点Node<K,V> p = map.replacementNode(q, null);// 第一次遍历,这个节点作为头节点if (tl == null)hd = p;elsetl.next = p;tl = p;}return hd;}// 用于从树节点到普通节点的转换Node<K,V> replacementNode(Node<K,V> p, Node<K,V> next) {return new Node<>(p.hash, p.key, p.value, next);}
treeify
从链表转化为红黑树
// 形成从该节点链接的节点树final void treeify(Node<K,V>[] tab) {TreeNode<K,V> root = null;// 从调用该方法的节点开始,遍历这个链表for (TreeNode<K,V> x = this, next; x != null; x = next) {// 下一个节点next = (TreeNode<K,V>)x.next;// 左右节点先设置为nullx.left = x.right = null;// 还没有根节点,当前节点设置为根节点if (root == null) {// 根节点没有父节点x.parent = null;// 根节点必须是黑色的x.red = false;// 设置当前节点为根节点root = x;}// 已经存在根节点else {// 当前节点的key值K k = x.key;// 当前节点的hash值int h = x.hash;Class<?> kc = null;// 从根节点开始遍历红黑树,x作为目标节点,遍历插入符合条件的位置for (TreeNode<K,V> p = root;;) {int dir, ph;// 目前遍历到的节点p的key值K pk = p.key;// 节点p的hash值大于目标节点x的hash值,dir设置为-1,表示向p节点的左边遍历if ((ph = p.hash) > h)dir = -1;// 节点p的hash值小于目标节点x的hash值,dir设置为1,表示向p节点的右边遍历else if (ph < h)dir = 1;// p、x节点key的hash值相同,开始比较key的值else if ((kc == null &&// k没有实现Compareable接口(kc = comparableClassFor(k)) == null) ||// x节点和p节点的key值相同(dir = compareComparables(kc, k, pk)) == 0)// 使用自定义的规则比较x、p节点的大小,决定向左还是向右遍历dir = tieBreakOrder(k, pk);// 设置当前节点p为x节点的父节点TreeNode<K,V> xp = p;// dir<=0向左查找,dir>0向右查找;如果p为null,表示找到最后,这个位置插入xif ((p = (dir <= 0) ? p.left : p.right) == null) {// x节点的父节点为最后一次遍历的p节点x.parent = xp;// 向左查找,且p为null,表示x节点为父节点的左节点if (dir <= 0)xp.left = x;// 向右查找,且p为null,表示x节点为父节点的右节点elsexp.right = x;/* 进行红黑树的插入平衡(通过左旋、右旋和改变节点颜色来保证当前树符合红黑树的要求) */root = balanceInsertion(root, x);break;}}}}// 确保root节点是table索引位置的头节点moveRootToFront(tab, root);}
get操作
// 返回指定key在集合中映射的value值,如果集合中不包含该key的映射就返回nullpublic V get(Object key) {Node<K,V> e;return (e = getNode(hash(key), key)) == null ? null : e.value;}// get方法的具体实现final Node<K,V> getNode(int hash, Object key) {Node<K,V>[] tab; Node<K,V> first, e; int n; K k;// key找到索引位置,table索引位置中的元素不为空,找到第一个节点if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 &&(first = tab[(n - 1) & hash]) != null) {// 如果第一个节点就是我们要找的,直接返回if (first.hash == hash && // always check first node((k = first.key) == key || (key != null && key.equals(k))))return first;// 遍历冲突链或者红黑树if ((e = first.next) != null) {// 节点为树节点,表示该索引位置中的是一颗红黑树if (first instanceof TreeNode)// 调用树的遍历方法查找目标return ((TreeNode<K,V>)first).getTreeNode(hash, key);do {// 到达这里,说明索引位置中的是普通冲突链表,遍历查找目标if (e.hash == hash &&((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))return e;} while ((e = e.next) != null);}}return null;}
getTreeNode
- 找到根节点
- 从根节点开始遍历树
- 如果当前对象的key与查询的key一致,则返回,否则判断下一个节点是右子节点还是左子节点
- 继续遍历,直到找到对象,找不到返回null
// 从根节点开始遍历树查找final TreeNode<K,V> getTreeNode(int h, Object k) {return ((parent != null) ? root() : this).find(h, k, null);}// 从调用该方法的节点开始遍历树,根据hash和key进行比较,规则:左节点 < 父节点 < 右节点final TreeNode<K,V> find(int h, Object k, Class<?> kc) {// 将调用该方法的节点赋值给p,就是红黑树的根节点TreeNode<K,V> p = this;// 从p节点开始向下遍历do {int ph, dir; K pk;TreeNode<K,V> pl = p.left, pr = p.right, q;// 目标hash值小于p的hash值,说明目标在p的左子树上if ((ph = p.hash) > h)p = pl;// 目标hash值大于p的hash值,说明目标在p的右子树上else if (ph < h)p = pr;// 目标hash值等于p的hash值,且key相同,说明该节点就是目标节点,直接返回该节点else if ((pk = p.key) == k || (k != null && k.equals(pk)))return p;// 左子树为空,遍历右子树else if (pl == null)p = pr;// 右子树为空,遍历左子树else if (pr == null)p = pl;// 比较p节点和k节点else if ((kc != null ||(kc = comparableClassFor(k)) != null) &&// k<pk,dir<0向左遍历;k>pk,dir>0向右遍历(dir = compareComparables(kc, k, pk)) != 0)p = (dir < 0) ? pl : pr;// 右子树上找到了目标节点,返回该节点else if ((q = pr.find(h, k, kc)) != null)return q;// 右子树上没找到目标节点,遍历左子树elsep = pl;} while (p != null);return null;}
