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一、前言在上一章節(jié)我們講解并用數(shù)據(jù)驗證了，HashMap中的， 除了以上這些知識點外，HashMap還有基本的數(shù)據(jù)功能； 那么本章節(jié)會進行講解以下知識點；
??注意： 建議閱讀上一篇后，再閱讀本篇文章《HashMap核心知識，擾動函數(shù)、負(fù)載因子、擴容鏈表拆分，深度學(xué)習(xí)》 二、HashMap源碼分析1. 插入1.1 疑問點&考題通過上一章節(jié)的學(xué)習(xí)：《HashMap核心知識，擾動函數(shù)、負(fù)載因子、擴容鏈表拆分，深度學(xué)習(xí)》 大家對于一個散列表數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的HashMap往里面插入數(shù)據(jù)時，基本已經(jīng)有了一個印象。簡單來說就是通過你的Key值取得哈希再計算下標(biāo)，之后把相應(yīng)的數(shù)據(jù)存放到里面。 但再這個過程中會遇到一些問題，比如；
這些疑問點都會在后面的內(nèi)容中逐步講解，也可以自己思考一下，如果是你來設(shè)計，你會怎么做。 1.2 插入流程和源碼分析HashMap插入數(shù)據(jù)流程圖 visio原版流程圖，可以通過關(guān)注公眾號：bugstack蟲洞棧，進行下載 以上就是HashMap中一個數(shù)據(jù)插入的整體流程，包括了；計算下標(biāo)、何時擴容、何時鏈表轉(zhuǎn)紅黑樹等，具體如下；
JDK1.8 HashMap的put方法源碼如下: 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;
// 初始化桶數(shù)組 table，table 被延遲到插入新數(shù)據(jù)時再進行初始化
if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
n = (tab = resize()).length;
// 如果桶中不包含鍵值對節(jié)點引用，則將新鍵值對節(jié)點的引用存入桶中即可
if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
else {
Node<K,V> e; K k;
// 如果鍵的值以及節(jié)點 hash 等于鏈表中的第一個鍵值對節(jié)點時，則將 e 指向該鍵值對
if (p.hash == hash &&
((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
e = p;
// 如果桶中的引用類型為 TreeNode，則調(diào)用紅黑樹的插入方法
else if (p instanceof TreeNode)
e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
else {
// 對鏈表進行遍歷，并統(tǒng)計鏈表長度
for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
// 鏈表中不包含要插入的鍵值對節(jié)點時，則將該節(jié)點接在鏈表的最后
if ((e = p.next) == null) {
p.next = newNode(hash, key, value, null);
// 如果鏈表長度大于或等于樹化閾值，則進行樹化操作
if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st
treeifyBin(tab, hash);
break;
}
// 條件為 true，表示當(dāng)前鏈表包含要插入的鍵值對，終止遍歷
if (e.hash == hash &&
((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
break;
p = e;
}
}
// 判斷要插入的鍵值對是否存在 HashMap 中
if (e != null) { // existing mapping for key
V oldValue = e.value;
// onlyIfAbsent 表示是否僅在 oldValue 為 null 的情況下更新鍵值對的值
if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
e.value = value;
afterNodeAccess(e);
return oldValue;
}
}
++modCount;
// 鍵值對數(shù)量超過閾值時，則進行擴容
if (++size > threshold)
resize();
afterNodeInsertion(evict);
return null;} 1.3 擴容機制HashMap是基于數(shù)組+鏈表和紅黑樹實現(xiàn)的，但用于存放key值得的數(shù)組桶的長度是固定的，由初始化決定。 那么，隨著數(shù)據(jù)的插入數(shù)量增加以及負(fù)載因子的作用下，就需要擴容來存放更多的數(shù)據(jù)。而擴容中有一個非常重要的點，就是jdk1.8中的優(yōu)化操作，可以不需要再重新計算每一個元素的哈希值，這在上一章節(jié)中已經(jīng)講到，可以閱讀系列專題文章，機制如下圖； 里我們主要看下擴容的代碼(注釋部分)； final Node<K,V>[] resize() {
Node<K,V>[] oldTab = table;
int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length;
int oldThr = threshold;
int newCap, newThr = 0;
// Cap 是 capacity 的縮寫，容量。如果容量不為空，則說明已經(jīng)初始化。
if (oldCap > 0) {
// 如果容量達(dá)到最大1 << 30則不再擴容
if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) {
threshold = Integer.MAX_VALUE;
return oldTab;
}
// 按舊容量和閥值的2倍計算新容量和閥值
else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY &&
oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)
newThr = oldThr << 1; // double threshold
}
else if (oldThr > 0) // initial capacity was placed in threshold
// initial capacity was placed in threshold 翻譯過來的意思，如下；
// 初始化時，將 threshold 的值賦值給 newCap，
// HashMap 使用 threshold 變量暫時保存 initialCapacity 參數(shù)的值
newCap = oldThr;
else { // zero initial threshold signifies using defaults
// 這一部分也是，源代碼中也有相應(yīng)的英文注釋
// 調(diào)用無參構(gòu)造方法時，數(shù)組桶數(shù)組容量為默認(rèn)容量 1 << 4; aka 16
// 閥值；是默認(rèn)容量與負(fù)載因子的乘積，0.75
newCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY;
newThr = (int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY);
}
// newThr為0，則使用閥值公式計算容量
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"})
// 初始化數(shù)組桶，用于存放key
Node<K,V>[] newTab = (Node<K,V>[])new Node[newCap];
table = newTab;
if (oldTab != null) {
// 如果舊數(shù)組桶，oldCap有值，則遍歷將鍵值映射到新數(shù)組桶中
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)
// 這里split，是紅黑樹拆分操作。在重新映射時操作的。
((TreeNode<K,V>)e).split(this, newTab, j, oldCap);
else { // preserve order
Node<K,V> loHead = null, loTail = null;
Node<K,V> hiHead = null, hiTail = null;
Node<K,V> next;
// 這里是鏈表，如果當(dāng)前是按照鏈表存放的，則將鏈表節(jié)點按原順序進行分組{這里有專門的文章介紹，如何不需要重新計算哈希值進行拆分《HashMap核心知識，擾動函數(shù)、負(fù)載因子、擴容鏈表拆分，深度學(xué)習(xí)》}
do {
next = e.next;
if ((e.hash & oldCap) == 0) {
if (loTail == null)
loHead = e;
else
loTail.next = e;
loTail = e;
}
else {
if (hiTail == null)
hiHead = e;
else
hiTail.next = e;
hiTail = e;
}
} while ((e = next) != null);
// 將分組后的鏈表映射到桶中
if (loTail != null) {
loTail.next = null;
newTab[j] = loHead;
}
if (hiTail != null) {
hiTail.next = null;
newTab[j + oldCap] = hiHead;
}
}
}
}
}
return newTab;} 以上的代碼稍微有些長，但是整體的邏輯還是蠻清晰的，主要包括；
1.4 鏈表樹化HashMap這種散列表的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，最大的性能在于可以O(shè)(1)時間復(fù)雜度定位到元素，但因為哈希碰撞不得已在一個下標(biāo)里存放多組數(shù)據(jù)，那么jdk1.8之前的設(shè)計只是采用鏈表的方式進行存放，如果需要從鏈表中定位到數(shù)據(jù)時間復(fù)雜度就是O(n)，鏈表越長性能越差。因為在jdk1.8中把過長的鏈表也就是8個，優(yōu)化為自平衡的紅黑樹結(jié)構(gòu)，以此讓定位元素的時間復(fù)雜度優(yōu)化近似于O(logn)，這樣來提升元素查找的效率。但也不是完全拋棄鏈表，因為在元素相對不多的情況下，鏈表的插入速度更快，所以綜合考慮下設(shè)定閾值為8才進行紅黑樹轉(zhuǎn)換操作。 鏈表轉(zhuǎn)紅黑樹，如下圖； 以上就是一組鏈表轉(zhuǎn)換為紅黑樹的情況，元素包括；40、51、62、73、84、95、150、161 這些是經(jīng)過實際驗證可分配到Idx：12的節(jié)點 通過這張圖，基本可以有一個 鏈表樹化源碼 final void treeifyBin(Node<K,V>[] tab, int hash) {
int n, index; Node<K,V> e;
// 這塊就是我們上面提到的，不一定樹化還可能只是擴容。主要桶數(shù)組容量是否小于64 MIN_TREEIFY_CAPACITY
if (tab == null || (n = tab.length) < MIN_TREEIFY_CAPACITY)
resize();
else if ((e = tab[index = (n - 1) & hash]) != null) {
// 又是單詞縮寫；hd = head (頭部)，tl = tile (結(jié)尾)
TreeNode<K,V> hd = null, tl = null;
do {
// 將普通節(jié)點轉(zhuǎn)換為樹節(jié)點，但此時還不是紅黑樹，也就是說還不一定平衡
TreeNode<K,V> p = replacementTreeNode(e, null);
if (tl == null)
hd = p;
else {
p.prev = tl;
tl.next = p;
}
tl = p;
} while ((e = e.next) != null);
if ((tab[index] = hd) != null)
// 轉(zhuǎn)紅黑樹操作，這里需要循環(huán)比較，染色、旋轉(zhuǎn)。關(guān)于紅黑樹，在下一章節(jié)詳細(xì)講解
hd.treeify(tab);
}} 這一部分鏈表樹化的操作并不復(fù)雜，復(fù)雜點在于下一層的紅黑樹轉(zhuǎn)換上，這部分知識點會在后續(xù)章節(jié)中專門介紹； 以上源碼主要包括的知識點如下；
1.5 紅黑樹轉(zhuǎn)鏈在鏈表轉(zhuǎn)紅黑樹中我們重點介紹了一句，在轉(zhuǎn)換樹的過程中，記錄了原有鏈表的順序。 那么，這就簡單了，紅黑樹轉(zhuǎn)鏈表時候，直接把TreeNode轉(zhuǎn)換為Node即可，源碼如下； final Node<K,V> untreeify(HashMap<K,V> map) {
Node<K,V> hd = null, tl = null;
// 遍歷TreeNode
for (Node<K,V> q = this; q != null; q = q.next) {
// TreeNode替換Node
Node<K,V> p = map.replacementNode(q, null);
if (tl == null)
hd = p;
else
tl.next = p;
tl = p;
}
return hd;}// 替換方法Node<K,V> replacementNode(Node<K,V> p, Node<K,V> next) {
return new Node<>(p.hash, p.key, p.value, next);} 因為記錄了鏈表關(guān)系，所以替換過程很容易。所以好的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可以讓操作變得更加容易。 2. 查找上圖就是HashMap查找的一個流程圖，還是比較簡單的，同時也是高效的。 接下來我們在結(jié)合代碼，來分析這段流程，如下； public V get(Object key) {
Node<K,V> e;
// 同樣需要經(jīng)過擾動函數(shù)計算哈希值
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;
// 判斷桶數(shù)組的是否為空和長度值
if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 &&
// 計算下標(biāo)，哈希值與數(shù)組長度-1
(first = tab[(n - 1) & hash]) != null) {
if (first.hash == hash && // always check first node
((k = first.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
return first;
if ((e = first.next) != null) {
// TreeNode 節(jié)點直接調(diào)用紅黑樹的查找方法，時間復(fù)雜度O(logn)
if (first instanceof TreeNode)
return ((TreeNode<K,V>)first).getTreeNode(hash, key);
// 如果是鏈表就依次遍歷查找
do {
if (e.hash == hash &&
((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
return e;
} while ((e = e.next) != null);
}
}
return null;} 以上查找的代碼還是比較簡單的，主要包括以下知識點；
3. 刪除 public V remove(Object key) {
Node<K,V> e;
return (e = removeNode(hash(key), key, null, false, true)) == null ?
null : e.value;
}
final Node<K,V> removeNode(int hash, Object key, Object value,
boolean matchValue, boolean movable) {
Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, index;
// 定位桶數(shù)組中的下標(biāo)位置，index = (n - 1) & hash
if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 &&
(p = tab[index = (n - 1) & hash]) != null) {
Node<K,V> node = null, e; K k; V v;
// 如果鍵的值與鏈表第一個節(jié)點相等，則將 node 指向該節(jié)點
if (p.hash == hash &&
((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
node = p;
else if ((e = p.next) != null) {
// 樹節(jié)點，調(diào)用紅黑樹的查找方法，定位節(jié)點。
if (p instanceof TreeNode)
node = ((TreeNode<K,V>)p).getTreeNode(hash, key);
else {
// 遍歷鏈表，找到待刪除節(jié)點
do {
if (e.hash == hash &&
((k = e.key) == key ||
(key != null && key.equals(k)))) {
node = e;
break;
}
p = e;
} while ((e = e.next) != null);
}
}
// 刪除節(jié)點，以及紅黑樹需要修復(fù)，因為刪除后會破壞平衡性。鏈表的刪除更加簡單。
if (node != null && (!matchValue || (v = node.value) == value ||
(value != null && value.equals(v)))) {
if (node instanceof TreeNode)
((TreeNode<K,V>)node).removeTreeNode(this, tab, movable);
else if (node == p)
tab[index] = node.next;
else
p.next = node.next;
++modCount;
--size;
afterNodeRemoval(node);
return node;
}
}
return null;}
4. 遍歷4.1 問題點HashMap中的遍歷也是非常常用的API方法，包括； KeySet for (String key : map.keySet()) {
System.out.print(key + " ");
} EntrySet for (HashMap.Entry entry : map.entrySet()) {
System.out.print(entry + " ");
} 從方法上以及日常使用都知道，KeySet是遍歷是無序的，但每次使用不同方式遍歷包括 那么從實現(xiàn)的角度來看，這些種遍歷都是從散列表中的鏈表和紅黑樹獲取集合值，那么他們有一個什么固定的規(guī)律嗎？ 4.2 用代碼測試測試的場景和前提；
代碼測試 @Testpublic void test_Iterator() {
Map<String, String> map = new HashMap<String, String>(64);
map.put("24", "Idx：2");
map.put("46", "Idx：2");
map.put("68", "Idx：2");
map.put("29", "Idx：7");
map.put("150", "Idx：12");
map.put("172", "Idx：12");
map.put("194", "Idx：12");
map.put("271", "Idx：12");
System.out.println("排序01：");
for (String key : map.keySet()) {
System.out.print(key + " ");
}
map.put("293", "Idx：12");
map.put("370", "Idx：12");
map.put("392", "Idx：12");
map.put("491", "Idx：12");
map.put("590", "Idx：12");
System.out.println("\n\n排序02：");
for (String key : map.keySet()) {
System.out.print(key + " ");
}
map.remove("293");
map.remove("370");
map.remove("392");
map.remove("491");
map.remove("590");
System.out.println("\n\n排序03：");
for (String key : map.keySet()) {
System.out.print(key + " ");
}
} 這段代碼分別測試了三種場景，如下；
4.3 測試結(jié)果分析排序01：24 46 68 29 150 172 194 271 排序02：24 46 68 29 271 150 172 194 293 370 392 491 590 排序03：24 46 68 29 172 271 150 194 Process finished with exit code 0 從map.keySet()測試結(jié)果可以看到，如下信息；
三、總結(jié)
四、推薦閱讀
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