HashMap 的扩容机制
- hashMap 扩容:
扩容就是重新计算容量,向 hashMap 不停的添加元素,当 hashMap 无法装载新的元素,对象将需要扩大数组容量,以便装入更多的元素。
haspMap 扩容跟数据迁移具有很大的关联,我们先用图解的方式来说明数据迁移.
进行扩容前先介绍一些 hahMap 源码的变量
Node<K,V> loHead = null, loTail = null; //低位链表的头尾结点
Node<K,V> hiHead = null, hiTail = null; //高位链表的头尾结点
Node<K,V> next; //next指针 指向下一个元素
迁移前: 这里将其设置为长度为 8,扩容临界点 8 * 0.75 = 6 主要是为了画图 (hashMap 默认容量是 16)
以下讲解都是基于数组容量为 8 讲解的,流程都是一样的.
从图可知,发生了扩容并且是 2 的次方,并且 A,B,C 两元素新的位置刚好是原数组位置的索引位置,D,E,F 刚好在原数组位置索引 + 8 即原数组位置索引 + 数组容量。是不是真的是这样呢??,这时需要看源码分析一波
流程讲解
刚开始进行第一次扩容的时候,得到 A 的 index 索引为 4,put 进数组中,hashMap 先会将 A 的 hash 进行 & oldCap(8) 运算,判断是否 ==0,如果为 true,则代表为低位链表,这里涉及到二进制运算,比如 A 的 index =4 (二进制 = 0000 0100) oldCap = 8(二进制=0000 1000) &运算之后 =0,后 4 位为低位,当然 hash 肯定不是 8 个 bit 位,hashCode 得到索引值为 int 类型,一个 int 类型占 4 个字节,一个字节占 8 个 bit 位,所以 hash 二进制所占 bit 为 32,后 4 位为低位,高位远远多于低位,所以这也是 put 操作的时候需要将高位参与进来,减少 hasp 冲突。(这是 put 流程,put 详情操作请看我另一篇博客)
言归正传,当 A 进行判断后,会将 loHead 和 loTail 赋值给 A,此时链表只有 A 元素,当循环到第二次迁移后,也就是将 B 元素进行迁移 B 进行 &运算之后,同样为 true,所以加入低位链表,而此时链表中有 A 元素,所以讲 A 链表的尾结点.next 指向 B 元素即可,同理 C 也是一样,添加到 B 尾结点下面,直到添加完所有元素,当添加 D 元素时,因为 D 元素的 hash 为 12, 进行 & 运算时为 false ,则代表添加到高位链表,此时 hiHead 和 hiTail 指向 D 之后流程都是一样的。当结束循环之后,低位链表的元素将会以原数组下标索引添加到新数组中,但是高位链表的元素会将原数组的下标索引 + oldCap 添加到新数组,并且低位高位都会讲原先的数组设置为 null ,方便 gc
源码实例
final Node<K,V>[] resize() {
Node<K,V>[] oldTab = table;
int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length; //数组容量(旧)
int oldThr = threshold; //扩容临界点(旧)
int newCap, newThr = 0; //数组容量(新)、扩容临界点(新)
if (oldCap > 0) {
//如果旧容量大于等于了最大的容量 2^30
if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) {
//将临界值设置为Integer.MAX_VALUE
threshold = Integer.MAX_VALUE;
return oldTab;
}
//扩容2倍
else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY &&
oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)
newThr = oldThr << 1; // 新阈值设置2倍
}
else if (oldThr > 0) // HashMap(int initialCapacity, float loadFactor)调用
newCap = oldThr;
else { // 第一次put操作的时候,因为jdk1.8hashMap先添加元素再扩容
//构造函数将jdk1.7的扩容移动到这
newCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY; //默认容量 16
//临界值 16 *0.75 =12
newThr = (int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY);
}
if (newThr == 0) {//如果新阈值为0,根据负载因子设置新阈值
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;
if (oldTab != null) {
for (int j = 0; j < oldCap; ++j) {////如果旧的数组中有数据,循环
Node<K,V> e;
if ((e = oldTab[j]) != null) {
oldTab[j] = null; //gc处理
if (e.next == null)
newTab[e.hash & (newCap - 1)] = e; //只有一个节点,赋值,返回
else if (e instanceof TreeNode) //判断是否为红黑树结点
((TreeNode<K,V>)e).split(this, newTab, j, oldCap);
else { // preserve order
Node<K,V> loHead = null, loTail = null; //低位链表
Node<K,V> hiHead = null, hiTail = null; //高位链表
Node<K,V> next;
do {
next = e.next; //指向下个元素结点,做为while循环的条件
if ((e.hash & oldCap) == 0) { //判断是否为低位链表
if (loTail == null) //链表没有元素,则将该元素作为头结点
loHead = e;
else
loTail.next = e; //加在链表的下方
loTail = e;
}
else { {//不为0,元素位置在扩容后数组中的位置发生了改变,新的下
//标位置是(原下标位置+原数组长)
if (hiTail == null)
hiHead = e;
else
hiTail.next = e;
hiTail = e;
}
} while ((e = next) != null);
//遍历完成后,进行数据迁移
if (loTail != null) {
//链表最后
loTail.next = null;
//将元素原位置迁移到新数组中,位置一样
newTab[j] = loHead;
}
if (hiTail != null) {
hiTail.next = null;
//高位链表迁移 + 旧数组容量
newTab[j + oldCap] = hiHead;
}
}
}
}
}
//返回新数组
return newTab;
}
总结(扩容与迁移)
- 扩容就是将旧表的数据迁移到新表
- 迁移过去的值需要重新计算 hashCode,也就是他的存储位置
- 关于位置可以这样理解:比如旧表的长度 8、新表长度 16 旧表位置 4 有 6 个数据,假如前三个 hashCode 是一样的,后面的三个 hashCode 是一样的迁移的时候;就需要计算这 6 个值的存储位置
- 如何计算位置?采用低位链表和高位链表;如果位置 4 下面的数据 e.hash & oldCap 等于 0,那么它对应的就是低位链表,也就是数据位置不变,e.hash & oldCap 不等于 0 呢?就要重写计算他的位置也就是 j + oldCap(4+8);这个 12,就是高位链表位置(新数组 12 位置)