@kiraSally 2018-03-12T18:45:52.000000Z 字数 19530 阅读 3175

集合番@HashMap一文通（1.8版）

JAVA COLLECTIONS 源码 1.8版

笔者个人博客 kiraSally的掘金个人博客感谢支持

1.HashMap1.7的不足

1.7采用数组+链表的结构，即使哈希函数取得再好，也很难达到元素百分百均匀分布

当 HashMap 中有大量的元素都存放到同一个桶中时，这个桶下有一条长长的链表，这个时候 HashMap 就相当于一个单链表，假如单链表有 n 个元素，遍历的时间复杂度就是 O(n)，完全失去了它的优势

2.HashMap1.8的优化

HashMap1.8版本基于集合番@HashMap一文通（1.7版）进行优化，这里只谈论改进的地方
改进最大不同在于 : 基于提高性能的目的，1.7采用数组+链表的结构，而1.8采用了更高效的数组+链表+红黑树(查找时间复杂度为 O(logn))的结构
在笔者看来，由于底层数据结构变动，实际上HashMap1.8几乎被重写，可以认为是个新的类
1.8版本的红黑树实现跟TreeMap基本一致(情况一样，只是代码有些差别)读者可参见集合番@TreeMap一文通（1.7版）

3.HashMap的数据结构

3.1 重要新增变量

/**
  * The bin count threshold for using a tree rather than list for a bin. 
  * Bins are converted to trees when adding an element to a bin with at least this many nodes.
  * The value must be greater than 2 and should be at least 8 to mesh with assumptions in tree 
  * removal about conversion back to plain bins upon shrinkage.
  * 一个桶的树化阈值：
  *     1.当桶中元素个数超过这个值时，会将链表转换为红黑树
  *     2.该值必须大于2且至少为8，避免频繁转换导致效率不高
  *     3.默认为8，即当新增元素造成链表长度变成8时，自动转换为红黑树
  */
static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8;
/**
  * The bin count threshold for untreeifying a (split) bin during a
  * resize operation. Should be less than TREEIFY_THRESHOLD, and at
  * most 6 to mesh with shrinkage detection under removal.
  * 一个树的链表还原阈值：
  *     1.当扩容时，桶中元素个数小于这个值，就会把树形的桶元素还原（切分）为链表
  *     2.该值应小于TREEIFY_THRESHOLD且至少为 6，避免频繁转换导致效率不高
  */
static final int UNTREEIFY_THRESHOLD = 6;
/**
  * The smallest table capacity for which bins may be treeified.
  * (Otherwise the table is resized if too many nodes in a bin.)
  * Should be at least 4 * TREEIFY_THRESHOLD to avoid conflicts
  * between resizing and treeification thresholds.
  * 哈希表的最小树形化容量：
  *     1.当哈希表中的容量大于该值时，表中的桶才能进行树形化，否则桶内元素太多时会扩容，而不是树形化
  *     2.为了避免进行扩容、树形化选择的冲突，这个值不能小于 4 * TREEIFY_THRESHOLD
  */
static final int MIN_TREEIFY_CAPACITY = 64;

3.2 构造器

/**
  * 1.7版本
  */ 
public 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;
    //以下是与1.8不同之处
    // Find a power of 2 >= initialCapacity 效果等同于 1.8的tableSizeFor()
    int capacity = 1;
    while (capacity < initialCapacity)
        capacity <<= 1;
    threshold = (int)Math.min(capacity * loadFactor, MAXIMUM_CAPACITY + 1);
    table = new Entry[capacity];
    useAltHashing = sun.misc.VM.isBooted() && (capacity >= Holder.ALTERNATIVE_HASHING_THRESHOLD);
    init();
}
/**
  * 1.8版本 区别于1.7 
  *    1.构造器阶段并没有初始化数组（而是改成在第一次put时执行resize初始化数组）
  *    2.容量根据阈值进行换算而不是阈值根据容量再换算(initial capacity was placed in threshold)
  */ 
public 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;
        //构造器阶段阈值等同于容量，保证为2次幂（resize时生效）
        this.threshold = tableSizeFor(initialCapacity);
}

3.3 Node

/**
  * Basic hash bin node, used for most entries.  (See below for
  * TreeNode subclass, and in LinkedHashMap for its Entry subclass.)
  * 1.8中将Entry改成Node（内部结构不变）
  * 虽然只是改了名字，但名字的变更体现出HashMap对于`节点`概念的重视
  */
static class Node<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
        final int hash;//新增final属性，表明hash值也不可变了，更加严谨
        final K key;
        V value;
        Node<K,V> next;//单向链表
        Node(int hash, K key, V value, Node<K,V> next) {
            this.hash = hash;
            this.key = key;
            this.value = value;
            this.next = next;
        }
    ...
}

3.4 TreeNode

/**
  * Entry for Tree bins. Extends LinkedHashMap.Entry (which in turn extends Node) 
  * so can be used as extension of either regular or linked node.
  * 红黑树节点 相比于TreeMap，
  *    1.增加pre来记录前一个节点
  *    2.继承LinkedHashMap.Entry<K,V>，而LinkedHashMap.Entry<K,V>又继承HashMap.Node：
  *     1.拥有了Node和链表Node的所有功能
  *     2.具有额外6个属性Entry<K,V> before, after;final int hash;final K key;V value;Node<K,V> next;
  */
static final class TreeNode<K,V> extends LinkedHashMap.Entry<K,V> {
    TreeNode<K,V> parent;  // 父节点
    TreeNode<K,V> left;//左子节点
    TreeNode<K,V> right;//右子节点
    TreeNode<K,V> prev;    // 前一个元素的节点
    boolean red;//是否是红节点
    TreeNode(int hash, K key, V val, Node<K,V> next) {
        super(hash, key, val, next);
    }
    ...
}
/**
  * LinkedHashMap.Entry的实现
  * HashMap.Node subclass for normal LinkedHashMap entries.
  * 可以发现，最终TreeNode还是继承了HashMap.Node的所有功能，底层实现还是Node
  */
static class Entry<K,V> extends HashMap.Node<K,V> {
    Entry<K,V> before, after;
    Entry(int hash, K key, V value, Node<K,V> next) {
        super(hash, key, value, next);
    }
}

4.HashMap1.8的新增核心方法

4.1 tableSizeFor方法

/**
  * Returns a power of two size for the given target capacity.
  * 方法的意义在于 找到大于等于指定容量(capacity)参数的2次幂
  */
static final int tableSizeFor(int cap) {
    int n = cap - 1;//cap-1在于要变成都是1的这种情况，防止变两倍 [实例论证3]
    //一个数介于邻近的两个2次幂之间时，这个数从高位出现第一个1的位置与离它最近的且小于它的2次幂的高位1的位置是一致 
    //[实例论证1]
    // >>> 表示无符号向右移动N位 ; | 表示与操作：任何一个数与1进行与操作，结果都是1
    //算法论证[实例论证2] ： 此算法最重要是找到距离n最近且大于n的二次幂-1的值（即二进制都是1的值）
    n |= n >>> 1;
    n |= n >>> 2;
    n |= n >>> 4;
    n |= n >>> 8;
    n |= n >>> 16;
    //此时n+1一定是cap的2次幂
    //从高位第一个出现1的位置开始向右连续32位时已经超越了int的最大值，所以不用在进行位移操作，只到16位即可
    return (n < 0) ? 1 : (n >= MAXIMUM_CAPACITY) ? MAXIMUM_CAPACITY : n + 1;//二次幂，但最小为1
}

实例论证1

论证：一个数介于邻近的两个2次幂之间时，这个数从高位出现第一个1的位置与离它最近的且小于它的2次幂的高位1的位置是一致

假设我们要寻找的数是离9最近的且大于它的2次幂，可知该值应为2^4=16
同时再找到离它最近且小于它的2次幂，可知该值应为2^3=8

8的2进制： 0000 1000

9的2进制： 0000 1001

16的2进制： 0001 0000
根据以上读者是否发现，9从高位开始第一次出现的位置1与8是一致的，因此可得结论：
一个数介于邻近的两个2次幂之间时，这个数从高位出现第一个1的位置与离它最近的且小于它的2次幂的高位1的位置是一致

实例论证2

论证：找到距离n最近且大于n的二次幂-1的值

假设我们要寻找离17最近且比他大的2次幂，可知该值应该是2^6=32，下面根据算法可推算出如下过程
【注意1的填充】

首先32 = 2^6 = 0010 0000 = 0001 1111 + 0000 0001 = 31 + 1

由图和上面的公式可知，此算法能有效的找到距离n最近且大于n的二次幂-1的值（即二进制都是1的值），或者说是 n从最高位开始后面全是1的值，之后+1即可得到距离n最近且大于n的二次幂

之所有每次位移会2次幂级别的变动，是因为第一次右移1位且与操作后高位2位均为1，所以此次操作是向右位移2位，下次就是高4位都为1，即变动x位是根据位运算之后高x位已经有几个1决定的，最终是要利用任何一个数与1进行与操作，结果都是1的特性把所有位置都变成1

实例论证3

论证：cap-1在于要变成都是1的这种情况，防止变两倍

2^0=1=0000 0001，而该值无论右移1，2，4，8，16位后与本身与操作，依然还是1，没有什么效果

如果一个数恰恰本身就是2的幂的时候，如果不进行减1操作，直接右移的话会导致最后求得的值扩大一倍，比如直接取4（0100），后面位全部填充1可得7 (0111)，而7+1=8，即变成2倍，显然不符合我们的预期要求

4.2 putVal方法

public V put(K key, V value) {
    return putVal(hash(key), key, value, false, true);
}
/**
  * Implements Map.put and related methods
  * 新增键值对
  * @param hash hash for key
  * @param key the key
  * @param value the value to put
  * @param onlyIfAbsent if true, don't change existing value 
  * @param evict if false, the table is in creation mode.
  * @return previous value, or null if none
  */
//注意 不可以被继承重载 如果使用hashMap的方式的话
final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,boolean evict) {
    Node<K, V>[] tab;
    Node<K, V> p;
    int n, i;
    //当数组为空时
    if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0) {
        n = (tab = resize()).length;//当初始化或者当前数组长度为0时，需要重新resize并返回新的长度
    }
    //相当于通过 h & (length-1) 计算下标并获取元素
    if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null){
        //若当前下标位置空置（即该key不存在），就新建一个普通(non-tree)节点
        tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
    }else {
        //当该key存在或者发生hash冲突时
        Node<K,V> e; K k;
        //若在数组中通过hash和equals比较能够直接找到该值，就覆盖旧值
        //即当前桶即非链表也非红黑树
        if (p.hash == hash && ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k)))){
            e = p;//覆盖
        }
        //否则需要先判断节点是否是红黑树节点
        else if (p instanceof TreeNode){//若是红黑树类型，执行树节点putTreeVal操作
            e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
        }
        else {
            //此时发生了冲突
            for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
                //如果此时的桶还不是链表，需要转变为链表 或者 如果在链表中没有，那就新增一个节点
                if ((e = p.next) == null) {
                    //注意链表插入时1.7与1.8是不同的
                    //1.7:是头插入法，后来的留在数组上，先来的链在尾上（遍历时是先进后出）
                    //1.8:是尾插入法，先来的留在数组上，后来的链在尾上（遍历时是先进先出）
                    p.next = newNode(hash, key, value, null); 
                    //如果桶的链表长度>=桶的树化阈值，需要将链表转变为红黑树
                    //这里需要注意：是先新增元素之后再判断树化条件，而不是先树化再新增
                    if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1)
                        treeifyBin(tab, hash); //当前桶树化
                    break;
                }
                //如果在链表中已经存在该值，就覆盖旧值
                if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                    break;
                p = e;
            }
        }
        //原则：用新值覆盖旧值
        if (e != null) { // existing mapping for key 
            V oldValue = e.value;
            //onlyIfAbsent 若是true，不允许覆盖
            if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
                e.value = value;
            afterNodeAccess(e);//相当于1.7的afterNodeAccess，LinkedHashMap专用，用于有序控制
            return oldValue;
        }
    }
    ++modCount;
    if (++size > threshold)//超过阈值就扩容
            resize();
    afterNodeInsertion(evict);//LinkedHashMap专用，用于删除最旧元素 (remove eldest)
    return null;
}
// Create a regular (non-tree) node 创建一个普通的非树节点
Node<K,V> newNode(int hash, K key, V value, Node<K,V> next) {
    return new Node<>(hash, key, value, next);
}

HashMap1.8版本存储流程图

4.3 resize方法

/**
  * Initializes or doubles table size.  If null, allocates in accord with initial capacity
  * target held in field threshold. Otherwise, because we are using power-of-two expansion,
  * the elements from each bin must either stay at same index, or move with a power of two
  * offset in the new table.
  * 初始化Map或2倍扩容，且会均匀的把之前的冲突的节点分散到新的桶中
  *     当Map为空时，将分配与阈值一样大小的容量
  *     当Map不为空时，由于2次幂扩容，元素位置会产生两种情况
  *        1.要么元素所在位置不变
  *        2.要么元素所在位置变动：向右位移2次幂位置
  * 注意：由于1.8中容量是根据阈值得来的，因此读者会在1.8中看到很多对阈值的判断和处理，这点一定要清楚
  * @return the table
  */
final Node<K,V>[] resize() {
    Node<K,V>[] oldTab = table;//由于新数组会覆盖旧数组，所以要临时先备份一份，用于对新数组重新赋值
    int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length;
    int oldThr = threshold;
    int newCap, newThr = 0;
    if (oldCap > 0) {//当Map不为空时
        //临界处理：最大值
        if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) {
            threshold = Integer.MAX_VALUE;//最大值其实是Integer的最大值
            return oldTab;
        }
        //若2倍容量 < MAXIMUM_CAPACITY 同时 原容量>=默认容量(即16)，那么就扩容2倍
        else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY && oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)
            newThr = oldThr << 1; // double threshold  阈值直接两倍（容量都是根据阈值来的）
    } else if (oldThr > 0){//当Map为空时，需要判断阈值是否>0
        newCap = oldThr;//阈值即新容量（注意：初始化时候就是执行该操作完成容量赋值）
        // initial capacity was placed in threshold（容量都是根据阈值来的）
    } else {
        //当Map为空，且阈值不是大于0（即无效阈值），那么就使用默认值
        // zero initial threshold signifies using defaults
        newCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY;//1 << 4 = 16 
        newThr = (int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY);//0.75 * 16 = 12
    }
    //当新阈值没有被重置时，需要根据 新容量和负载因子 重新计算出新的阈值
    //注意：初始化的时候，阈值会被重置，即此时 阈值！=容量 ，容量已经在(oldThr > 0)时重置过了
    if (newThr == 0) {
        //等同于1.7版本：threshold = (int)Math.min(capacity * loadFactor, MAXIMUM_CAPACITY + 1);
        float ft = (float)newCap * loadFactor;
        newThr = (newCap < MAXIMUM_CAPACITY && ft < (float)MAXIMUM_CAPACITY ?
                      (int)ft : Integer.MAX_VALUE);
    }
    threshold = newThr;//重置给真实阈值
    @SuppressWarnings({"rawtypes","unchecked"})
        Node<K,V>[] newTab = (Node<K,V>[])new Node[newCap];//新建一个新容量的Node数组
    table = newTab;//覆盖原数组（第一行已经备份了）
    //当原数组非空，需要对新数组重新填充
    if (oldTab != null) {
        //遍历
        for (int j = 0; j < oldCap; ++j) {
            Node<K,V> e;//用于备份当前节点
            //若该数组下标位置非空
            if ((e = oldTab[j]) != null) {
                oldTab[j] = null;//先把原数组的当前位置清空，因为已经备份了  help gc
                if (e.next == null)//当前桶即非链表也非红黑树
                    newTab[e.hash & (newCap - 1)] = e;//位置可能不变或移动2次幂，跟newCap-1有关
                else if (e instanceof TreeNode)//若当前桶是树节点，需要对树进行切分
                    ((TreeNode<K,V>)e).split(this, newTab, j, oldCap);
                else { // preserve order 当前桶是链表，要保持顺序 1.7的会倒置
                    //扩容后，新数组中的链表顺序依然与旧数组中的链表顺序保持一致!!!
                    Node<K,V> loHead = null, loTail = null;//lo=low，表示低位（即数组前半部分的链表）
                    Node<K,V> hiHead = null, hiTail = null;//hi=high，表示高位（即数组后半部分的链表）
                    Node<K,V> next;
                    //遍历当前桶的链表
                    //1.8:是尾插入法，先来的留在数组上，后来的链在尾上（遍历时是先进先出）
                    do {
                        next = e.next;
                        //根据e.hash & oldCap是否为零将原链表拆分成2个链表
                        //判断当前位置是否发生变动 0则没变 即保留在原链表中不需要移动
                        if ((e.hash & oldCap) == 0) {
                           //原索引 在数组前半部分处理
                           //若队尾为空，当前元素即是队首元素（也就是第一个插入的元素），保证先进先出
                            if (loTail == null) 
                                loHead = e;
                            else
                            //若队尾不为空，当前元素链接到原队尾元素后面，保证先进先出
                                loTail.next = e;
                            loTail = e;//为了保证插入顺序不变，当前元素都需先设置为队尾元素
                        }
                        //原索引+oldCap 否则移动到"原索引+oldCap"的新链表中
                        else {
                            //在数组后半部分处理
                            if (hiTail == null)
                                hiHead = e;
                            else
                                hiTail.next = e;
                            hiTail = e;//为了保证插入顺序不变，当前元素都需先设置为队尾元素
                        }
                    } while ((e = next) != null);
                    //原索引放到原桶中
                    if (loTail != null) {//如果队尾元素非空
                        loTail.next = null;//loTail此时就是队尾元素
                        newTab[j] = loHead;//队首是放在数组里面的
                    }
                    //原索引+oldCap放到新桶中
                    if (hiTail != null) {//如果队尾元素非空
                        hiTail.next = null;//hiTail此时就是队尾元素
                        newTab[j + oldCap] = hiHead;//队首是放在数组里面的
                    }
                }
            }
        }
    }
    return newTab;
}

为何1.8在resize时不需要重新计算索引下标？

注意：是不需要计算索引下标，节点的Hash值是不会发生变化的！！！

&运算的定义：两位同时为"1"，结果才为"1"，否则为0

首先，我们先根据下标计算公式得出扩容前后索引的变化

根据图片可知，扩容后的21的索引下标比扩容前的索引下标多了一个1，且这个1位于newCap-1的掩码最高位

结论：元素在重新计算hash后，因为n变为2倍，那么n-1的mask范围在高位多1bit，即多了个原容量的距离

优化：无需重新计算Hash，节省了时间，新索引=原索引+原容量

那么问题来了，e.hash & oldCap 从何而来？？？

作用：确认newCap-1最高位对应的hash(key)位是0还是1

由于扩容前后hash不变，由容量2次幂且 index=(n-1)&hash 可知：
新的index的决定因素为：(newCap-1)二进制最高位对应的hash位上是0还是1；

因此源码作者巧妙的拉关系，以"oldCap等价于newTab的(n-1)的最高位"进而得出e.hash & oldCap！

优化：由于所计算的hash(key)位是1是0可以认为是随机的，所以将一个冲突长链表"均分"成了两个链表，减少碰撞

4.4 treeifyBin方法

/**
  * Replaces all linked nodes in bin at index for given hash unless
  * table is too small, in which case resizes instead.
  * 桶内链表树化：将桶内所有的链表节点替换成红黑树节点，当元素数量不够树化时会重新resize
  * 注意：不是整个Map转换，只是当前桶！
  */
final void treeifyBin(Node<K,V>[] tab, int hash) {
    int n, index; Node<K,V> e;
    //当数组为空 或者 数组长度 < 树化阈值（64）时需要执行resize方法，重新决定内部的数据结构类型
    if (tab == null || (n = tab.length) < MIN_TREEIFY_CAPACITY)
        resize();
        //否则，需要树化
    else if ((e = tab[index = (n - 1) & hash]) != null) {
        TreeNode<K,V> hd = null, tl = null;//hd指的是head，tl指的是tail，分别指向红黑树的头、尾节点
        //从链表头节点开始遍历链表，头节点是存放在数组中的
        do {
            //新建一个树形节点，内容和当前链表节点e保持一致
            //此时next默认为null，会在后面按顺序重新对next赋值
            TreeNode<K,V> p = replacementTreeNode(e, null);
            if (tl == null)//当尾节点为空，即当前节点应为头节点（因为就这一个节点）
                hd = p;
            else {
                p.prev = tl;//prev被赋值，主要是记录当前节点的上一个节点
                tl.next = p;//p指向之前尾节点的next，保持插入顺序
            }
            tl = p;//当前节点设置为尾节点，保持插入顺序
        } while ((e = e.next) != null);
        //桶内第一个元素即链表头节点，并放在数组中
        if ((tab[index] = hd) != null)
            hd.treeify(tab);//从头节点开始遍历，将整个桶树化
            //注意头节点并不一定是树的根节点：树化后的根节点会重新设置为头节点，即tab[index]=root
            //具体参见moveRootToFront()
    }
}
// For treeifyBin 新建一个树形节点
TreeNode<K,V> replacementTreeNode(Node<K,V> p, Node<K,V> next) {
    return new TreeNode<>(p.hash, p.key, p.value, next);
}
/**
  * Forms tree of the nodes linked from this node. 
  * 塑造红黑树
  * @return root of tree 这里比较有意思，明明时void但有注释@return，不知大神们何意
  */
final void treeify(Node<K,V>[] tab) {
    TreeNode<K,V> root = null;//根节点需要排序后重新设置（之前链表的头节点不一定是树的根节点）
    //this指的是当前二叉树的头节点，从头节点开始遍历
    for (TreeNode<K,V> x = this, next; x != null; x = next) {
        next = (TreeNode<K,V>)x.next;
        x.left = x.right = null;
        //当根节点为空时，先设置根节点为黑色，同时当前节点先当作根节点（即自上而下插入）
        if (root == null) {
            x.parent = null;
            x.red = false;//红黑树的根节点为黑色
            root = x;
        }
        else {
        //后面进入循环走的逻辑，x 指向树中的某个节点
            K k = x.key;
            int h = x.hash;
            Class<?> kc = null;
            //重新循环，从根节点开始，遍历所有节点与当前节点x比较，重新调整位置，类似冒泡排序
            for (TreeNode<K,V> p = root;;) {
                int dir, ph;
                K pk = p.key;
                if ((ph = p.hash) > h)//如果比较节点的hash比当前节点的hash大，查左子树
                    dir = -1;
                else if (ph < h)
                    dir = 1;//如果比较节点的hash比当前节点的hash小，查右子树
                else if ((kc == null && (kc = comparableClassFor(k)) == null) || 
                                (dir = compareComparables(kc, k, pk)) == 0 )
                    //tieBreakOrder 用于hash相同时且key无法比较时，直接根据引用比较 
                    //这里指的是如果当前比较节点的哈希值比x大，返回-1，否则返回1
                    dir = tieBreakOrder(k, pk);
                //经过前面的计算，得到了当前节点和要插入节点x的一个大小关系
                //如果当前比较节点的哈希值比x大，x就是左子节点，否则x是右子节点 
                TreeNode<K,V> xp = p;
                if ((p = (dir <= 0) ? p.left : p.right) == null) {
                    x.parent = xp;//把当前节点变成x的父节点
                    if (dir <= 0)
                        xp.left = x;
                    else
                        xp.right = x;
                    root = balanceInsertion(root, x);
                    break;
                }
            }
        }
    }
    moveRootToFront(tab, root);//将根节点设置为头节点
}

4.5 putTreeVal方法

/**
  * Tree version of putVal. 当桶内为红黑树时，查找该节点，
  * 若该节点不存在就新增，返回null
  * 若当前节点存在，返回当前节点，用于之后的值覆盖操作
  */
  //this, tab, hash, key, newValue
final TreeNode<K,V> putTreeVal(HashMap<K,V> map, Node<K,V>[] tab,int h, K k, V v) {
    Class<?> kc = null;
    boolean searched = false;
    TreeNode<K,V> root = (parent != null) ? root() : this;//如果当前node非根节点，需要向上溯源找到根节点
    //双重for循环，确定节点位置
    for (TreeNode<K,V> p = root;;) {//从根节点开始遍历，确定键值对的位置
        int dir, ph; K pk;
        if ((ph = p.hash) > h)//对比当前节点和 比较节点的hash大小
            dir = -1;// 比较节点hash > 当前节点hash  找左子树
        else if (ph < h)
            dir = 1;// 比较节点hash < 当前节点hash   找右子树
        else if ((pk = p.key) == k || (pk != null && k.equals(pk)))
            return p;//如果该节点已经存在，直接返回该节点即可
        else if ((kc == null && (kc = comparableClassFor(k)) == null) ||
                        (dir = compareComparables(kc, k, pk)) == 0) {
            //如果当前节点和要添加的节点哈希值相等，但是两个节点的键不是一个类，只能挨个对比左右子节点
            if (!searched) {
                TreeNode<K,V> q, ch;
                searched = true;
                //左查 or 右查
                if (((ch = p.left) != null && (q = ch.find(h, k, kc)) != null) ||
                        ((ch = p.right) != null && (q = ch.find(h, k, kc)) != null))
                    return q;
            }
            dir = tieBreakOrder(k, pk);
        }
        //经过前面的计算，得到了比较节点p和要插入节点x的一个大小关系
        //如果比较节点p的哈希值比x大，x就是左子节点，否则x是右子节点 
        TreeNode<K,V> xp = p;
        //如果比较节点还没有左子节点或者右子节点时才能插入，否则就进入下一轮循环（因为是查找二叉树） 
        if ((p = (dir <= 0) ? p.left : p.right) == null) {
            //比较节点的next即是新节点的next，原因是当前x需要作为比较节点p的子节点（树的位置需要调整）
            Node<K,V> xpn = xp.next;
            TreeNode<K,V> x = map.newTreeNode(h, k, v, xpn);//新建一个树形节点
            if (dir <= 0)
                xp.left = x;//x的hash比比较节点小，即作为比较节点的左子节点
            else
                xp.right = x;//x的hash比比较节点大，即作为比较节点的右子节点
            xp.next = x;
            x.parent = x.prev = xp;//比较节点即是当前节点的x的父节点也是上一个节点
        if (xpn != null)//当比较节点的原next节点存在时，需要重新设置该节点的上一个节点指向新节点
            ((TreeNode<K,V>)xpn).prev = x;
        moveRootToFront(tab, balanceInsertion(root, x));//每次都要重新平衡并确定新的根节点
        return null;//新增节点返回null
        }
    }
}
/*
 *
 * Tie-breaking utility for ordering insertions when equal hashCodes and non-comparable.
 * We don't require a total order, just a consistent insertion rule to maintain equivalence 
 * across rebalancings. Tie-breaking further than necessary simplifies testing a bit.
 *  当a和b哈希值相同但是无法比较时，直接根据两个引用的地址进行比较
 *  这个树里不要求完全有序，只要插入时使用相同的规则保持平衡即可
 */
static int tieBreakOrder(Object a, Object b) {
    int d;
    if (a == null || b == null || (d = a.getClass().getName().compareTo(b.getClass().getName())) == 0)
        d = (System.identityHashCode(a) <= System.identityHashCode(b) ? -1 : 1);
    return d;
}

4.6 getNode方法

public V get(Object key) {
    Node<K,V> e;//getEntry变更为getNode
    return (e = getNode(hash(key), key)) == null ? null : e.value;
}
/**
  * Implements Map.get and related methods
  * get方法主要包括几个步骤：
  *          1.优先获取头节点（即放在数组中的元素） -- 好处是：不需要一上来就遍历
  *          2.若头节点没有匹配上且头节点next非空，那么就需要遍历
  *          3.遍历前需要先判断是否为树形节点，是则根据红黑树遍历否则就根据链表遍历
  *          4.若该key对应的节点不存在，默认返回null
  * @param hash hash for key
  * @param key the key
  * @return the node, or null if none
  */
final Node<K,V> getNode(int hash, Object key) {
    Node<K,V>[] tab; Node<K,V> first, e; int n; K k;
    if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 &&
        (first = tab[(n - 1) & hash]) != null) {
        if (first.hash == hash && // always check first node 总是优先匹配头节点
            ((k = first.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
            return first;
        //若头节点没有匹配上且头节点next非空，那么就需要遍历
        if ((e = first.next) != null) {
            //优先判断是否树形节点，注意：当桶内已经树化，则桶内节点都是TreeNode类型
            if (first instanceof TreeNode)
                return ((TreeNode<K,V>)first).getTreeNode(hash, key);
            //否则，桶内为链表结构，需要遍历链表（根据插入顺序遍历-FIFO先进先出原则）
            do {
                if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                    return e;
            } while ((e = e.next) != null);
        }
    }
    return null;//对应节点不存在，返回null
}

4.7 getTreeNode方法

/**
  * Calls find for root node.
  * 红黑树 总是从根节点开始查找
  */
final TreeNode<K,V> getTreeNode(int h, Object k) {
    return ((parent != null) ? root() : this).find(h, k, null);
}
/**
  * Finds the node starting at root p with the given hash and key.
  * The kc argument caches comparableClassFor(key) upon first use comparing keys.
  * 查找指定key，并从根节点开始递归
  */
final TreeNode<K,V> find(int h, Object k, Class<?> kc) {
    TreeNode<K,V> p = this;//这里的this指的是root，参见getTreeNode
    do {
        int ph, dir; K pk;
        TreeNode<K,V> pl = p.left, pr = p.right, q;
        //查找原则：左子树都比自身小，右子树都比自身大，二分查找即可
        //比较hash，当前节点hash小，继续查左子树，否则查右子数
        if ((ph = p.hash) > h)
            p = pl;
        else if (ph < h)
            p = pr;
        else if ((pk = p.key) == k || (k != null && k.equals(pk)))
            return p;//若找到，直接返回
        //哪边子树是空，就查另一边子树
        else if (pl == null)
            p = pr;
        else if (pr == null)
            p = pl;
        //主要处理hash相同时，key又实现了Compareble的情况（即根据比较器比较）
        else if ((kc != null || (kc = comparableClassFor(k)) != null) && 
                    (dir = compareComparables(kc, k, pk)) != 0)
            p = (dir < 0) ? pl : pr;
        //先递归右子树，找不到再找左子树（此时左右子树都非空）    
        else if ((q = pr.find(h, k, kc)) != null)
            return q;
        else
            p = pl;
    } while (p != null);
    return null;//找不到则返回null
}

4.8 split方法

/**
  * Splits nodes in a tree bin into lower and upper tree bins,or untreeifies if now too small. 
  * Called only from resize;see above discussion about split bits and indices.
  * 该方法主要有两个作用：
  *      1.将桶内元素分成低位链表和高位链表两个部分
  *      2.当该桶的元素数量太少时，会执行反树化操作（即链化操作）
  * 该方法只能被resize方法使用
  * @param map the map 当前map
  * @param tab the table for recording bin heads 这里代指newTab
  * @param index the index of the table being split 当前数组下标
  * @param bit the bit of hash to split on 这里代指oldCap
  */
final void split(HashMap<K,V> map, Node<K,V>[] tab, int index, int bit) {
    TreeNode<K,V> b = this;//当前node
    // Relink into lo and hi lists, preserving order
    TreeNode<K,V> loHead = null, loTail = null;//lo=low
    TreeNode<K,V> hiHead = null, hiTail = null;//hi=high
    int lc = 0, hc = 0;//lc=lowCount 即桶内低位元素个数 hc=highCount 即桶内高位元素个数
    for (TreeNode<K,V> e = b, next; e != null; e = next) {
        next = (TreeNode<K,V>)e.next;
        e.next = null;
        //(e.hash & bit) == 0 等价于 resize方法中的 (e.hash & oldCap) == 0，同时效果等效
        //即将桶内元素分成低位链表和高位链表两个部分，即红黑树一分为二成两个链表
        if ((e.hash & bit) == 0) {
            if ((e.prev = loTail) == null)
                loHead = e;
            else
                loTail.next = e;
            loTail = e;
            ++lc;
        }
        else {
            if ((e.prev = hiTail) == null)
                hiHead = e;
            else
                hiTail.next = e;
            hiTail = e;
            ++hc;
        }
    }
    //注意：两条链不是直接以链表的形式置于相应的槽位，而是同样根据链的长短进行判断是链化还是树化
    //低位链表位置不变，还是在原桶中
    if (loHead != null) {
        //低位元素数量若<=链表还原阈值，那需要将反树化，将树重新变成链表结构
        if (lc <= UNTREEIFY_THRESHOLD)
            tab[index] = loHead.untreeify(map);
        else {
            tab[index] = loHead;//重新设置原桶头节点
            //若新桶头节点非空，原桶需要重新树化（因为重新分割了）
            if (hiHead != null) // (else is already treeified) 
                loHead.treeify(tab);
        }
    }
    //高位链表位置变动，变动到新桶，即[index+oldCap]位置
    if (hiHead != null) {
        //高位元素数量若<=链表还原阈值，那需要将反树化，将树重新变成链表结构
        if (hc <= UNTREEIFY_THRESHOLD)
            tab[index + bit] = hiHead.untreeify(map);
        else {
            tab[index + bit] = hiHead;//重新设置新桶头节点
            //若原桶头节点非空，新桶需要重新树化（因为重新分割了）
            if (loHead != null) 
                hiHead.treeify(tab);
        }
    }
}

5 HashMap1.8的新增便利API方法

Map声明和初始化

//请原谅笔者对黑长直的执着（笔者媳妇也是可爱的黑长直~）
HashMap<String, String> beautyProdMap = new HashMap<String,String>();
    beautyProdMap.put("三笠·阿克曼","进击的巨人");
    beautyProdMap.put("三日月夜空","我的朋友很少");
    beautyProdMap.put("古手川唯","出包女王");
    beautyProdMap.put("毒岛冴子","学园默示录");
    beautyProdMap.put("东城绫","草莓100%");

5.1 Map.getOrDefault(Object, V)

该方法用于当获取元素不存在时，可以返回给定的默认值

// JDK8之前的实现方法
String product = beautyProdMap.get("东城绫");
if (product == null){
   product = "Unknown";
}
// JDK8的实现方法
final String product = beautyProdMap.getOrDefault("东城绫", "Unknown");

5.2 Map.putIfAbsent(K,V)

该方法用于当指定键已经不再与某个值相关联，则将它与给定值关联

// JDK8之前的实现方式
String product = beautyProdMap.get("毒岛冴子");
if (product == null){
   product = beautyProdMap.put("毒岛冴子", "学园默示录2");
}
// JDK8的实现方式
final String product = beautyProdMap.putIfAbsent("毒岛冴子", "学园默示录2");

.....待续.....

集合番@HashMap一文通(1.8版) 由黄志鹏kira 创作，采用知识共享署名-非商业性使用 4.0 国际许可协议进行许可。

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集合番@HashMap一文通（1.8版）

1.HashMap1.7的不足

2.HashMap1.8的优化

3.HashMap的数据结构

3.1 重要新增变量

3.2 构造器

3.3 Node

3.4 TreeNode

4.HashMap1.8的新增核心方法

4.1 tableSizeFor方法

4.2 putVal方法

4.3 resize方法

4.4 treeifyBin方法

4.5 putTreeVal方法

4.6 getNode方法

4.7 getTreeNode方法

4.8 split方法

5 HashMap1.8的新增便利API方法

5.1 Map.getOrDefault(Object, V)

5.2 Map.putIfAbsent(K,V)

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