Java hashmap增加 javahashmap扩容

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fjfdh 2023-07-13 15:45:10

文章标签 Java hashmap增加 ci java 初始化 文章分类 Java 后端开发

最近博主参加面试，发现自己对于Java的HashMap的扩容过程理解不足，故最近在此进行总结。

首先说明博主德Java为1.8版本

HashMap中的变量

首先要了解HashMap的扩容过程，我们就得了解一些HashMap中的变量：

Node<K,V>：链表节点，包含了key、value、hash、next指针四个元素
table：Node<K,V>类型的数组，里面的元素是链表，用于存放HashMap元素的实体
size：记录了放入HashMap的元素个数
loadFactor：负载因子
threshold：阈值，决定了HashMap何时扩容，以及扩容后的大小，一般等于table大小乘以loadFactor

HashMap的构造函数

HashMap的构造函数主要有四个，代码如下：

[java] view plain copy

1. public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {  
2.     ...  
3. this.loadFactor = loadFactor;  
4. this.threshold = tableSizeFor(initialCapacity);  
5. }  
6.   
7. public HashMap(int initialCapacity) {  
8. this(initialCapacity, DEFAULT_LOAD_FACTOR);  
9. }  
10.   
11. public HashMap() {  
12. this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR; // all other fields defaulted  
13. }  
14.   
15. public HashMap(Map<? extends K, ? extends V> m) {  
16. this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR;  
17. false);  
18. }

其中主要有两种形式：

直接拷贝别的HashMap的形式，在此不作讨论
定义初始容量大小（table数组的大小，缺省值为16），定义负载因子（缺省值为0.75）的形式

值得注意的是，当我们自定义HashMap初始容量大小时，构造函数并非直接把我们定义的数值当做HashMap容量大小，而是把该数值当做参数调用方法tableSizeFor，然后把返回值作为HashMap的初始容量大小：

[java] view plain copy

1. /** 
2.  * Returns a power of two size for the given target capacity. 
3.  */  
4. static final int tableSizeFor(int cap) {  
5. int n = cap - 1;  
6. 1;  
7. 2;  
8. 4;  
9. 8;  
10. 16;  
11. return (n < 0) ? 1 : (n >= MAXIMUM_CAPACITY) ? MAXIMUM_CAPACITY : n + 1;  
12. }

该方法会返回一个大于等于当前参数的2的倍数，因此HashMap中的table数组的容量大小总是2的倍数。

何时进行扩容？

HashMap使用的是懒加载，构造完HashMap对象后，只要不进行put 方法插入元素之前，HashMap并不会去初始化或者扩容table：

[java] view plain copy

1. public V put(K key, V value) {  
2. return putVal(hash(key), key, value, false, true);  
3. }  
4.   
5. final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,  
6. boolean evict) {  
7. int n, i;  
8. if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)  
9.         n = (tab = resize()).length;  
10. if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)  
11. null);  
12. else {  
13.         ...  
14.     }  
15.     ++modCount;  
16. if (++size > threshold)  
17.         resize();  
18.     afterNodeInsertion(evict);  
19. return null;  
20. }

在putVal方法第8、9行我们可以看到，当首次调用put方法时，HashMap会发现table为空然后调用resize方法进行初始化

在putVal方法第16、17行我们可以看到，当添加完元素后，如果HashMap发现size（元素总数）大于threshold（阈值），则会调用resize方法进行扩容

在这里值得注意的是，在putVal方法第10行我们可以看到，插入元素的hash值是一个32位的int值，而实际当前元素插入table的索引的值为：

[java] view plain copy

1. （table.size - 1）& hash

又由于table的大小一直是2的倍数，2的N次方，因此当前元素插入table的索引的值为其hash值的后N位组成的值

resize扩容

[java] view plain copy

1. final Node<K,V>[] resize() {  
2.     Node<K,V>[] oldTab = table;  
3. int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length;  
4. int oldThr = threshold;  
5. int newCap, newThr = 0;  
6. if (oldCap > 0) {  
7. if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) {  
8.             threshold = Integer.MAX_VALUE;  
9. return oldTab;  
10.         }  
11. else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY &&  
12.                  oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)  
13. 1; // double threshold  
14.     }  
15. else if (oldThr > 0) // initial capacity was placed in threshold  
16.         newCap = oldThr;  
17. else {               // zero initial threshold signifies using defaults  
18.         newCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY;  
19. int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY);  
20.     }  
21. if (newThr == 0) {  
22. float ft = (float)newCap * loadFactor;  
23. float)MAXIMUM_CAPACITY ?  
24. int)ft : Integer.MAX_VALUE);  
25.     }  
26.     threshold = newThr;  
27. @SuppressWarnings({"rawtypes","unchecked"})  
28. new Node[newCap];  
29.     table = newTab;  
30. if (oldTab != null) {  
31. for (int j = 0; j < oldCap; ++j) {  
32.             Node<K,V> e;  
33. if ((e = oldTab[j]) != null) {  
34. null;  
35. if (e.next == null)  
36. 1)] = e;  
37. else if (e instanceof TreeNode)  
38. this, newTab, j, oldCap);  
39. else { // preserve order  
40. null, loTail = null;  
41. null, hiTail = null;  
42.                     Node<K,V> next;  
43. do {  
44.                         next = e.next;  
45. if ((e.hash & oldCap) == 0) {  
46. if (loTail == null)  
47.                                 loHead = e;  
48. else  
49.                                 loTail.next = e;  
50.                             loTail = e;  
51.                         }  
52. else {  
53. if (hiTail == null)  
54.                                 hiHead = e;  
55. else  
56.                                 hiTail.next = e;  
57.                             hiTail = e;  
58.                         }  
59. while ((e = next) != null);  
60. if (loTail != null) {  
61. null;  
62.                         newTab[j] = loHead;  
63.                     }  
64. if (hiTail != null) {  
65. null;  
66.                         newTab[j + oldCap] = hiHead;  
67.                     }  
68.                 }  
69.             }  
70.         }  
71.     }  
72. return newTab;  
73. }

从第15 ～ 20行可以看到，若threshold（阈值）不为空，table的首次初始化大小为阈值，否则初始化为缺省值大小16

当table需要扩容时，从第11 ~ 13行可以看到，扩容后的table大小变为原来的两倍，接下来就是进行扩容后table的调整：

假设扩容前的table大小为2的N次方，有上述put方法解析可知，元素的table索引为其hash值的后N位确定

那么扩容后的table大小即为2的N+1次方，则其中元素的table索引为其hash值的后N+1位确定，比原来多了一位

因此，table中的元素只有两种情况：