Java集合-05丨HashMap(JDK1.8)

Posted by jiefang on December 1, 2019

HashMap

简介

HashMap采用key/value存储结构,每个key对应唯一的value,查询和修改的速度都很快,能达到O(1)的平均时间复杂度。它是非线程安全的,且不保证元素存储的顺序,可以存储null key和null value;

数据结构图

  • HashMap 底层的数据结构主要是:数组 + 链表 + 红黑树。
  • 其中当链表的长度大于等于 8 时,链表会转化成红黑树,当红黑树的大小小于等于 6 时,红黑树会转化成链表;
  • 数组的查询效率为O(1),链表的查询效率是O(k),红黑树的查询效率是O(log k),k为桶中的元素个数,所以当元素数量非常多的时候,转化为红黑树能极大地提高效率。

类图

HashMap

源码

属性

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
//默认初始容量16-必须为2的幂
static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; // aka 16
//最大容量为2的30次方
static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;
//默认负载因子
static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;
//当一个桶中的元素个数大于等于8时链表转化为红黑树
static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8;
//当一个桶中的元素个数小于等于6时红黑树转化为链表
static final int UNTREEIFY_THRESHOLD = 6;
//当数组容量大于 64 时,链表才会转化成红黑树
static final int MIN_TREEIFY_CAPACITY = 64;
//数组,又叫作桶(bucket)
transient Node<K,V>[] table;
//作为entrySet()的缓存
transient Set<Map.Entry<K,V>> entrySet;
//元素个数
transient int size;
//修改次数,用于在迭代的时候执行快速失败策略
transient int modCount;
// 扩容的门槛,有两种情况
// 如果初始化时,给定数组大小的话,通过 tableSizeFor 方法计算,数组大小永远接近于 2 的幂次方,比如你给定初始化大小 19,实际上初始化大小为 32,为 2 的 5 次方。
//如果是通过 resize 方法进行扩容,threshold = capacity * loadFactor
int threshold;
//装载因子
final float loadFactor;
  • 容量:容量为数组的长度,亦即桶的个数,默认为16,最大为2的30次方,当容量达到64时才可以树化。
  • 装载因子:装载因子用来计算容量达到多少时才进行扩容,默认装载因子为0.75。
  • 转化为红黑树:当容量达到64且链表的长度达到8时进行红黑树转换,当链表的长度小于6时转化为链表。

内部类

Node<K,V>

Node是一个典型的单链表节点,其中,hash用来存储key计算得来的hash值。

1
2
3
4
5
6
    static class Node<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
        final int hash;
        final K key;
        V value;
        Node<K,V> next;
    }

TreeNode<K,V>

TreeNode是一个典型的树型节点,其中,prev是链表中的节点,用于在删除元素的时候可以快速找到它的前置节点。

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
    //HashMap.TreeNode
    static final class TreeNode<K,V> extends LinkedHashMap.Entry<K,V> {
        TreeNode<K,V> parent;  // red-black tree links
        TreeNode<K,V> left;
        TreeNode<K,V> right;
        TreeNode<K,V> prev;    // needed to unlink next upon deletion
        boolean red;
        TreeNode(int hash, K key, V val, Node<K,V> next) {
            super(hash, key, val, next);
        }
    }
    //LinkedHashMap.Entry
    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);
        }
    }

构造方法

HashMap()

无参构造方法

1
2
3
4
    //使用默认的初始容量16和默认的加载因子0.75构造一个空的HashMap
    public HashMap() {
        this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR; // all other fields defaulted
    }

HashMap(int initialCapacity)

使用指定初始容量和默认负载系数构造

1
2
3
4
    //构造一个空的HashMap,它具有指定的初始容量和默认的负载系数0.75
    public HashMap(int initialCapacity) {
        this(initialCapacity, DEFAULT_LOAD_FACTOR);
    }

HashMap(int initialCapacity, float loadFactor)

使用指定初始容量和指定负载系数构造,判断传入的初始容量和装载因子是否合法,并计算扩容门槛,扩容门槛为传入的初始容量往上取最近的2的n次方。

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
    //构造一个空的HashMap,具有指定的初始容量和负载系数。
    public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {
        //负数判断
        if (initialCapacity < 0)
            throw new IllegalArgumentException("Illegal initial capacity: " + initialCapacity);
                                                        
        if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY)
            initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY;
        //负载因子判断
        if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor))
            throw new IllegalArgumentException("Illegal load factor: " + loadFactor);
        this.loadFactor = loadFactor;
        //设置下一个调整大小值
        this.threshold = tableSizeFor(initialCapacity);
    }
    //对于给定的目标容量,返回两倍大小的幂
    static final int tableSizeFor(int cap) {
        // 扩容门槛为传入的初始容量往上取最近的2的n次方
        int n = cap - 1;
        n |= n >>> 1;
        n |= n >>> 2;
        n |= n >>> 4;
        n |= n >>> 8;
        n |= n >>> 16;
        return (n < 0) ? 1 : (n >= MAXIMUM_CAPACITY) ? MAXIMUM_CAPACITY : n + 1;
    }

新增

put(K key, V value)

添加元素

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
    public V put(K key, V value) {
        return putVal(hash(key), key, value, false, true);
    }
    //计算key.hashCode
    static final int hash(Object key) {
        int h;
        //如果key=null,则hash值为0,否则调用key的hashCode()方法
        //并让高16位与整个hash异或,为了使计算出的hash更分散
        return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
    }
    final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,boolean evict) {
        Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, i;
        //如果数组为空,使用resize方法初始化
        if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
            n = (tab = resize()).length;
        //通过(n - 1) & hash计算索引i,如果数组i元素为空
        //将当前元素放入数组i位置
        if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
            tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
        else {
            Node<K,V> e; K k;
            //如果 key 的 hash 和值都相等,则把当前下标位置的 Node 值赋值给e,用于后续修改value
            if (p.hash == hash &&
                ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                e = p;
            //如果当前数组元素是个树节点,使用树的方式新增
            else if (p instanceof TreeNode)
                e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
            //链表
            else {
                for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
                    //链表从头往后遍历找到尾节点
                    if ((e = p.next) == null) {
                        //包装新节点,设置在尾节点的next
                        p.next = newNode(hash, key, value, null);
                        //如果插入新节点后链表长度大于8,则判断是否需要转化为树,因为第一个元素没有加到binCount中,所以这里-1
                        if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st
                            treeifyBin(tab, hash);
                        break;
                    }
                    //遍历时发现key相等,跳出循环
                    if (e.hash == hash &&
                        ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                        break;
                    p = e;
                }
            }
            if (e != null) {
                //旧value
                V oldValue = e.value;
                //设置新的value
                if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
                    e.value = value;
                //LinkedHashMap复写,处理回调
                afterNodeAccess(e);
                return oldValue;
            }
        }
        //修改次数加1        
        ++modCount;
        // 元素数量加1,判断是否需要扩容
        if (++size > threshold)
            resize();
        // 在节点插入后做点什么事,在LinkedHashMap中用到
        afterNodeInsertion(evict);
        return null;
    }
  1. 计算key的hash值;
  2. 如果数组为null或元素个数为0,初始化数组;
  3. key所在索引为null,则插入;
  4. 如果key所在的数组中的第一个元素的key与待插入的key相同,说明找到了元素,转后续流程(9)处理;
  5. 如果第一个元素是树节点,则调用树节点的putTreeVal()寻找元素或插入树节点;
  6. 如果不是以上三种情况,则遍历数组元素对应的链表查找key是否存在于链表中;
  7. 如果找到了对应key的元素,则转后续流程(9)处理;
  8. 如果没找到对应key的元素,则在链表最后插入一个新节点并判断是否需要转化为树;
  9. 如果找到了对应key的元素,则判断是否需要替换旧值,并直接返回旧值;
  10. 如果数组插入了元素,则数量加1并判断是否需要扩容;

resize()

扩容

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
    final Node<K,V>[] resize() {
        //旧数组
        Node<K,V>[] oldTab = table;
        //旧容量
        int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length;
        //旧扩容阈值
        int oldThr = threshold;
        int newCap, newThr = 0;
        if (oldCap > 0) {
            //旧容量达到最大不在扩容
            if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) {
                threshold = Integer.MAX_VALUE;
                return oldTab;
            }
            //旧容量*2小于最大容量且旧容量>=16,则容量扩大为两倍,扩容阈值扩大为两倍
            else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY &&
                     oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)
                newThr = oldThr << 1; // double threshold
        }
        //如果不使用无参构造函数,第一次put会到这
        else if (oldThr > 0) // initial capacity was placed in threshold
            // 如果旧容量为0且旧扩容门槛大于0,则把新容量赋值为旧门槛
            newCap = oldThr;
        else {               // zero initial threshold signifies using defaults
            //使用无参构造函数,第一次put会到这
            //如果旧容量旧扩容门槛都是0,说明还未初始化过,则初始化容量为默认容量,扩容门槛为默认容量*默认负载因子
            newCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY;
            newThr = (int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY);
        }
        //新的扩容阈值为0,则计算为新容量*装载因子,不能超过最大值
        if (newThr == 0) {
            float ft = (float)newCap * loadFactor;
            newThr = (newCap < MAXIMUM_CAPACITY && ft < (float)MAXIMUM_CAPACITY ?
                      (int)ft : Integer.MAX_VALUE);
        }
        threshold = newThr;
        //使用新容量构造新数组
        @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) {
                Node<K,V> e;
                if ((e = oldTab[j]) != null) {
                    oldTab[j] = null;
                    //如果元素e不是链表,把元素e放入新的数组
                    if (e.next == null)
                        newTab[e.hash & (newCap - 1)] = e;
                    //如果元素e是红黑树顶
                    else if (e instanceof TreeNode)
                        ((TreeNode<K,V>)e).split(this, newTab, j, oldCap);
                    //说明是元素e链表头
                    else { // preserve order
                        //如果这个链表不止一个元素且不是一颗树
                        //则分化成两个链表插入到新的桶中去
                        //比如,原来3、7、11、15这四个元素都在三号桶中
                        //扩容后,则3和11还是在三号桶,7和15要移到七号桶中去
                        //也就是分化成了两个链表
                        Node<K,V> loHead = null, loTail = null;
                        Node<K,V> hiHead = null, hiTail = null;
                        Node<K,V> next;
                        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);
                        //遍历完成分化成两个链表了
                        //低位链表在新数组中的位置与旧桶一样
                        if (loTail != null) {
                            loTail.next = null;
                            newTab[j] = loHead;
                        }
                        //高位链表在新数组中的位置是旧位置+旧容量
                        if (hiTail != null) {
                            hiTail.next = null;
                            newTab[j + oldCap] = hiHead;
                        }
                    }
                }
            }
        }
        return newTab;
    }
  1. 如果使用是无参构造方法,则第一次插入元素时初始化为默认值,容量为16,扩容门槛为12;
  2. 如果使用的是有参构造方法,则第一次插入元素时初始化容量等于扩容门槛,扩容门槛在构造方法里等于传入容量向上最近的2的n次方;
  3. 如果旧容量大于0,则新容量等于旧容量的2倍,但不超过最大容量2的30次方,新扩容门槛为旧扩容门槛的2倍;
  4. 创建一个新容量的数组;
  5. 挪动元素,原链表分化成两个新链表,低位链表存储在原来数组的位置,高位链表挪动到原来数组的位置加旧容量的位置;

TreeNode.putTreeVal(HashMap<K,V> map, Node<K,V>[] tab,int h, K k, V v)

插入元素到红黑树中

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
    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;
        //找到树的根节点
        TreeNode<K,V> root = (parent != null) ? root() : this;
        //自旋
        for (TreeNode<K,V> p = root;;) {
            int dir, ph; K pk;
            //dir=direction,标记是在左边还是右边
            //p的hash值大于传入hash值,说明要放在左边
            if ((ph = p.hash) > h)
                dir = -1;
            //p的hash值小于传入hash值,说明要放在右边
            else if (ph < h)
                dir = 1;
            //p的hash值等于传入hash值,p的key和传入key相等
            else if ((pk = p.key) == k || (k != null && k.equals(pk)))
                return p;
            
            else if ((kc == null &&
                      //如果k是Comparable的子类则返回其真实的类,否则返回null
                      (kc = comparableClassFor(k)) == null) ||
                      //如果k和pk不是同样的类型返回0,否则返回两者比较的结果
                     (dir = compareComparables(kc, k, pk)) == 0) {
                if (!searched) {
                    TreeNode<K,V> q, ch;
                    searched = true;
                    //沿着左子树或右子树查找
                    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;
                }
                //如果两者类型相同,根据内存地址计算hash值进行比较
                dir = tieBreakOrder(k, pk);
            }
    
            TreeNode<K,V> xp = p;
            //没找到节点则新建
            if ((p = (dir <= 0) ? p.left : p.right) == null) {
                Node<K,V> xpn = xp.next;
                TreeNode<K,V> x = map.newTreeNode(h, k, v, xpn);
                if (dir <= 0)
                    xp.left = x;
                else
                    xp.right = x;
                xp.next = x;
                x.parent = x.prev = xp;
                if (xpn != null)
                    ((TreeNode<K,V>)xpn).prev = x;
                //插入树节点后使树平衡
                moveRootToFront(tab, balanceInsertion(root, x));
                return null;
            }
        }
    }
  1. 找到树的根节点;
  2. 从根节点开始查找;
  3. 根据hash值确定在树的左子树还是右子树查找;
  4. 比较hash值及key值,如果都相同,直接返回;
  5. 最后没有找到则在树的相应位置插入元素,并做平衡;

TreeNode.treeifyBin(Node<K,V>[] tab, int hash)

如果插入元素后链表的长度大于等于8则判断是否需要转化为树。

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
    final void treeifyBin(Node<K,V>[] tab, int hash) {
        int n, index; Node<K,V> e;
        //如果数组长度小于64,扩容,因为扩容有可能使链表变成两个,减少链表长度
        if (tab == null || (n = tab.length) < MIN_TREEIFY_CAPACITY)
            resize();
        else if ((e = tab[index = (n - 1) & hash]) != null) {
            TreeNode<K,V> hd = null, tl = null;
            //循环链表使链表节点转化为树节点
            do {
                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);
            //转化为红黑树
            if ((tab[index] = hd) != null)
                hd.treeify(tab);
        }
    }

TreeNode.treeify(Node<K,V>[] tab)

链表真正转化为红黑树的方法

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
    final void treeify(Node<K,V>[] tab) {
        TreeNode<K,V> root = null;
        for (TreeNode<K,V> x = this, next; x != null; x = next) {
            next = (TreeNode<K,V>)x.next;
            x.left = x.right = null;
            //设置数组[index]元素为树的根节点
            if (root == null) {
                x.parent = null;
                x.red = false;
                root = x;
            }
            else {
                K k = x.key;
                int h = x.hash;
                Class<?> kc = null;
                //循环设置hash值小于根节点hash的为左子树
                //大于根节点hash值的为右子树
                for (TreeNode<K,V> p = root;;) {
                    int dir, ph;
                    K pk = p.key;
                    if ((ph = p.hash) > h)
                        dir = -1;
                    else if (ph < h)
                        dir = 1;
                    else if ((kc == null &&
                              (kc = comparableClassFor(k)) == null) ||
                             (dir = compareComparables(kc, k, pk)) == 0)
                        dir = tieBreakOrder(k, pk);

                    TreeNode<K,V> xp = p;
                    if ((p = (dir <= 0) ? p.left : p.right) == null) {
                        x.parent = xp;
                        if (dir <= 0)
                            xp.left = x;
                        else
                            xp.right = x;
                         //插入后平衡
                        root = balanceInsertion(root, x);
                        break;
                    }
                }
            }
        }
        //使树的根节点在tab[]在(n - 1) & root.hash位置。
        moveRootToFront(tab, root);
    }
  1. 从链表头节点开始遍历;
  2. 将头结点作为树的根节点;
  3. 其它节点插入红黑树,然后做平衡;
  4. 红黑树的根节点设置为数组第一个元素;

为什么链表长度是8时需要转化为红黑树?

当链表长度大于等于 8,并且整个数组大小大于64时,才会转成红黑树,当数组大小小于 64 时,只会触发扩容,不会转化成红黑树。
为什么是8?
链表查询的时间复杂度是 O (n),红黑树的查询复杂度是 O (log (n))。在链表数据不多的时候,使用链表进行遍历也比较快,只有当链表数据比较多的时候,才会转化成红黑树,但红黑树需要的占用空间是链表的 2 倍,考虑到转化时间和空间损耗,所以需要定义出转化的边界值。

在考虑设计 8 这个值的时候,参考了泊松分布概率函数,由泊松分布中得出结论,链表各个长度的命中概率为:

1
2
3
4
5
6
7
8
9
* 0:    0.60653066
* 1:    0.30326533
* 2:    0.07581633
* 3:    0.01263606
* 4:    0.00157952
* 5:    0.00015795
* 6:    0.00001316
* 7:    0.00000094
* 8:    0.00000006

当链表的长度是 8 的时候,出现的概率是 0.00000006,不到千万分之一,所以说正常情况下,链表的长度不可能到达 8 ,而一旦到达 8 时,肯定是 hash 算法出了问题,所以在这种情况下,为了让 HashMap 仍然有较高的查询性能,所以让链表转化成红黑树,正常写代码,使用 HashMap 时,几乎不会碰到链表转化成红黑树的情况,毕竟概率只有千万分之一。

获取

get(Object key)

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
    public V get(Object key) {
        Node<K,V> e;
        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;
        //如果数组不为空且数组长度大于0且hash后的值所在元素不为空
        if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 &&
            (first = tab[(n - 1) & hash]) != null) {
            //检查第一个元素是不是要查的元素,如果是直接返回
            if (first.hash == hash && // always check first node
                ((k = first.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                return first;
            if ((e = first.next) != null) {
                //如果是树节点,使用树的方法查找
                if (first instanceof TreeNode)
                    return ((TreeNode<K,V>)first).getTreeNode(hash, key);
                //遍历链表查找
                do {
                    if (e.hash == hash &&
                        ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                        return e;
                } while ((e = e.next) != null);
            }
        }
        return null;
    }    
  1. 计算key的hash值;
  2. 找到元素所在位置和第一个元素;
  3. 如果第一个元素的key与传入key相等,返回;
  4. 如果第一个元素是树,就按树的方式查找,否则按链表方式遍历;

TreeNode.getTreeNode(int h, Object k)

1
2
3
4
    final TreeNode<K,V> getTreeNode(int h, Object k) {
        //从根节点开始寻找元素
        return ((parent != null) ? root() : this).find(h, k, null);
    }

TreeNode.find(int h, Object k, Class<?> kc)

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
    final TreeNode<K,V> find(int h, Object k, Class<?> kc) {
        TreeNode<K,V> p = this;
        do {
            int ph, dir; K pk;
            TreeNode<K,V> pl = p.left, pr = p.right, q;
            //左子树
            if ((ph = p.hash) > h)
                p = pl;
            //右子树
            else if (ph < h)
                p = pr;
            //查到返回
            else if ((pk = p.key) == k || (k != null && k.equals(pk)))
                return p;
            //hash相同,key不同,左子树为空查右子树
            else if (pl == null)
                p = pr;
            else if (pr == null)
                p = pl;
            else if ((kc != null ||
                      (kc = comparableClassFor(k)) != null) &&
                     (dir = compareComparables(kc, k, pk)) != 0)
                //通过compare方法比较key值的大小决定使用左子树还是右子树
                p = (dir < 0) ? pl : pr;
            else if ((q = pr.find(h, k, kc)) != null)
                return q;
            else
                p = pl;
        } while (p != null);
        return null;
    }

删除

remove(Object key)

根据key删除

1
2
3
4
5
    public V remove(Object key) {
        Node<K,V> e;
        return (e = removeNode(hash(key), key, null, false, true)) == null ?
            null : e.value;
    }

removeNode(int hash, Object key, Object value,boolean matchValue, boolean movable)

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
    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;
        //数组不为空且数组长度>0且index处元素不为null
        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;
            //直接判断数组index处是否相等
            if (p.hash == hash &&
                ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                node = p;
            //否则通过树或者链表查找直到找到
            else if ((e = p.next) != null) {
                if (p instanceof TreeNode)
                    node = ((TreeNode<K,V>)p).getTreeNode(hash, key);
                else {
                    do {
                        if (e.hash == hash &&
                            ((k = e.key) == key ||
                             (key != null && key.equals(k)))) {
                            node = e;
                            break;
                        }
                        p = e;
                    } while ((e = e.next) != null);
                }
            }
            // 如果找到了元素,则看参数是否需要匹配value值,如果不需要匹配直接删除,如果需要匹配则看value值是否与传入的value相等
            if (node != null && (!matchValue || (v = node.value) == value ||
                                 (value != null && value.equals(v)))) {
                if (node instanceof TreeNode)
                    //调用树的删除方法
                    ((TreeNode<K,V>)node).removeTreeNode(this, tab, movable);
                //元素若在数组上,元素下一节点设置在数组
                else if (node == p)
                    tab[index] = node.next;
                //删除node节点,下一个节点前移
                else
                    p.next = node.next;
                ++modCount;
                --size;
                //删除节点后处理
                afterNodeRemoval(node);
                return node;
            }
        }
        return null;
    }
  1. 查找元素所在节点;
  2. 如果节点是树节点,按树的方法删除;
  3. 如果节点在数组上,删除节点的下一节点设置在数组上;
  4. 如果不在数组上,删除链表节点,下一节点前移;
  5. 修改modCount,修改size,调用移除节点后置处理;

TreeNode.removeTreeNode(HashMap<K,V> map, Node<K,V>[] tab,boolean movable)

红黑树删除树节点

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
101
102
103
    final void removeTreeNode(HashMap<K,V> map, Node<K,V>[] tab,
                                  boolean movable) {
        int n;
        if (tab == null || (n = tab.length) == 0)
            return;
        int index = (n - 1) & hash;
        //数组索引节点,树的根节点,根左子节点
        TreeNode<K,V> first = (TreeNode<K,V>)tab[index], root = first, rl;
        //后继节点,前置节点
        TreeNode<K,V> succ = (TreeNode<K,V>)next, pred = prev;
        //如果没有前置节点说明是根节点,把后继节点设置为数组索引节点,删除当前节点
        if (pred == null)
            tab[index] = first = succ;
        else
            // 否则把前置节点的下个节点设置为当前节点的后继节点,相当于删除了当前节点
            pred.next = succ;
        // 如果后继节点不为空,则让后继节点的前置节点指向当前节点的前置节点,相当于删除了当前节点
        if (succ != null)
            succ.prev = pred;
        //数组索引元素为null直接返回
        if (first == null)
            return;
        //根节点的父节点不为空,重新查找父节点
        if (root.parent != null)
            root = root.root();
        //根节点为空或树的高度太小,则树转化为链表
        if (root == null || root.right == null ||
            (rl = root.left) == null || rl.left == null) {
            tab[index] = first.untreeify(map);  // too small
            return;
        }
        //删除红黑树节点:大致过程是寻找右子树中最小的节点放到删除节点的位置,然后做平衡
        TreeNode<K,V> p = this, pl = left, pr = right, replacement;
        if (pl != null && pr != null) {
            TreeNode<K,V> s = pr, sl;
            while ((sl = s.left) != null) // find successor
                s = sl;
            boolean c = s.red; s.red = p.red; p.red = c; // swap colors
            TreeNode<K,V> sr = s.right;
            TreeNode<K,V> pp = p.parent;
            if (s == pr) { // p was s's direct parent
                p.parent = s;
                s.right = p;
            }
            else {
                TreeNode<K,V> sp = s.parent;
                if ((p.parent = sp) != null) {
                    if (s == sp.left)
                        sp.left = p;
                    else
                        sp.right = p;
                }
                if ((s.right = pr) != null)
                    pr.parent = s;
            }
            p.left = null;
            if ((p.right = sr) != null)
                sr.parent = p;
            if ((s.left = pl) != null)
                pl.parent = s;
            if ((s.parent = pp) == null)
                root = s;
            else if (p == pp.left)
                pp.left = s;
            else
                pp.right = s;
            if (sr != null)
                replacement = sr;
            else
                replacement = p;
        }
        else if (pl != null)
            replacement = pl;
        else if (pr != null)
            replacement = pr;
        else
            replacement = p;
        if (replacement != p) {
            TreeNode<K,V> pp = replacement.parent = p.parent;
            if (pp == null)
                root = replacement;
            else if (p == pp.left)
                pp.left = replacement;
            else
                pp.right = replacement;
            p.left = p.right = p.parent = null;
        }

        TreeNode<K,V> r = p.red ? root : balanceDeletion(root, replacement);

        if (replacement == p) {  // detach
            TreeNode<K,V> pp = p.parent;
            p.parent = null;
            if (pp != null) {
                if (p == pp.left)
                    pp.left = null;
                else if (p == pp.right)
                    pp.right = null;
            }
        }
        if (movable)
            moveRootToFront(tab, r);
    }
  1. TreeNode本身既是链表节点也是红黑树节点;
  2. 先删除链表节点;
  3. 再删除红黑树节点并做平衡;

总结

  • HashMap是一种散列表,采用(数组 + 链表 + 红黑树)的存储结构;
  • HashMap的默认初始容量为16(1«4),默认装载因子为0.75f,容量总是2的n次方;
  • HashMap扩容时每次容量变为原来的两倍;
  • 当数组长度小于64时不会转化为树,只会扩容;
  • 当数组长度大于64且单个链表中元素的数量大于8时,链表转化为树;
  • 当单个链表中元素数量小于6时,树转化为链表;
  • HashMap是非线程安全的容器;