hashmap扩容后数据的迁移_HashMap扩容

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上文回顾

在上文深入源码分析HashMap到底是怎样将元素put进去的

我们着重分析了无参构造函数是如何创建map对象和HashMap是如何将第一个元素put进table的。

此篇重点

这篇我们将逐行代码分析

1、有参构造函数是如何创建map对象的
2、当元素增多导致扩容之后，元素是如何重新分布的
同样，为了方便读者复盘，我截取源码是尽量将行号带上。

jdk版本还是1.8

结构图

再重复一遍，HashMap的底层数据结构为数组+链表+红黑树的结构，放一个HashMap的结构示意图，有个大致印象。
在这里插入图片描述

解剖思路

创建一个有参构造函数，并往其中添加若干元素，直至触发扩容机制

为了方便方便计算hash值，key和value都选用比较小的字符串

关于调试键的使用请参照：IDEA调试键的说明，在此不再赘诉

调试代码

public static void main(String[] args) { 

System.out.println("★★★★★★解剖开始★★★★★★");
HashMap<String, String> map = new HashMap<>(12);
map.put("1", "1");
map.put("2", "2");
map.put("3", "3");
map.put("4", "4");
// 实验key相同的情况
map.put("4", "D");
map.put("5", "5");
map.put("6", "6");
map.put("7", "7");
map.put("8", "8");
map.put("9", "9");
map.put("10", "10");
map.put("11", "11");
map.put("12", "12");
// 第一个扩容点
map.put("13", "13");
map.put("14", "14");
map.put("15", "15");
map.put("16", "16");
map.put("17", "17");
map.put("18", "18");
map.put("19", "19");
map.put("20", "20");
map.put("21", "21");
map.put("22", "22");
map.put("23", "23");
map.put("24", "24");
//第二个扩容点
map.put("25", "25");
}

断点打在第一行
在这里插入图片描述

以debug模式启动，开始解剖之旅

点击Step Over到HashMap<String, String> map = new HashMap<>(12);所在行

点击Force Step Into，会发现先调用的是类加载器

这不是今天的重点，我们直接Step Out，然后再次点击Force Step Into，进入源码

调用的是双参构造函数DEFAULT_LOAD_FACTOR为0.75，initialCapacity为12，继续Force Step Into

上图来到双参构造函数，继续Force Step Into会发现依旧调用了父类的构造函数

掉完父类构造函数，继续双参构造函数，经过参数校验，源码456行之后，loadFactor=0.75，我们重点看看this.threshold = tableSizeFor(initialCapacity)

在457行Force Step Into，会发现跳转到tableSizeFor(int cap)

关于tableSizeFor(int cap)，在以前的文章详细分析过，有兴趣的可以去看看读HashMap源码之tableSizeFor，这里直接说结论，就是你给一个初始容量值，经过这个方法后，返回一个最接近该值的、且不小于该值本身的2^n的那个值，当然，最大不能超过static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30即2的30次方

所以这里传入12返回的应该是16，n = 15 ,n+1 = 16

所以看到这应该明白，管你传9 10 11 12 13 14 15 16，经过tableSizeFor后都是返回16，这样就确保了threshold总是2的n次方，后面就会发现，其实这个值不是给扩容阈值的，而是给map的初始容量

继续Force Step Into回到双参函数，将tableSizeFor的结果赋值给threshold扩容阈值=16

开始 put

到此初始化map完成，其实到了这一步，table还没建立，继续往下Force Step Into开始put

继续Force Step Into进入map.put("1", "1");，来到源码的put(K key, V value)

源码的put(K key, V value)又是调用的putVal，调用之前会计算一下key的hash值，进去看看

key.hashCode()调用的是String的hashCode

然后返回put方法进入putVal，继续Force Step Into，此时hash值为49

因为在初始化时，并没有看到有初始化table，所以此处的table肯定是null

那顺理成章的就要执行resize()了，继续Force Step Into，进入resize()

这个我们在上文 **深入源码分析HashMap到底是怎样将元素put进去的**已经分析了一次，鉴于比较复杂，就再分析一次，还是一样，代码执行路径用红框标记出来

直接返回newTab

通过对上面源码的走读，发现带参构造函数创建的map，

初始容量就取决于源码692行的newCap = oldThr;，

而oldThr又取决于源码680行的int oldThr = threshold;

还记得threshold怎么来的吗，源码457行的tableSizeFor（int initialCapacity），你说狗不狗，在这等你呢，
所以tableSizeFor的真实目的是为了确保所有map初始化时容量均为2的n次幂

扯远了，回来，拉回来，继续Force Step Into，刚刚走到table创建完，即首次resize完成

有了数组了，长度也知道了，该考虑元素位置了，上文也详细讲解了，

决定元素位置的是(n - 1) & hash表达式的结果，自己想动手算的参照上文的方法去算

这里直接看结果，计算出i=1

因为是刚刚创建的，所以tab[1]自然为null，顺理成章的就执行tab[i] = newNode(hash, key, value, null);,构建一个链表的节点放入1号位

继续调试，执行完放入元素之后modCount自增，size自增，并和扩容阈值（当前是12）比较，1小于12不用扩容，

执行完毕，关于modCount见上文

自己画个示意图，大概就是这样的，只有1号位置有元素，其他的均为null

继续Force Step Into，继续map.put("2", "2");，这次算的hash值为50，但此时table不再为null，直接计算位置，1等于2，且该位置为null，直接构造一个Node放进去

依次类推，我们就不一一看了，直接Step Over到map.put("4", "D");，看看key值相同，value不同时怎么处理

一路Force Step Into，来到putVal，发现hash还是52，定位的i也是4，个位置已经有元素了，所以走了源码634行

仔细研究一下这行代码

p.hash == hash && ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k)))

p.hash == hash为ture，(k = p.key) == key也为真so执行e = p;，然后暂时还没有树化，所以源码656行直接将新的value覆盖旧的的value

至此，覆盖问题解决，继续Force Step Into，后面没有值重复的，经过一路Force Step Into
，1-9位置示意图如下

一直put、put、put直到map.put("10", "10");，为什么到了这里停下来看呢，因为此时hash只不同了，位置大概率也会不同，进去看看

果然，此时hash已经变成了1567，比之前的递增大了很多，位置也变成了15，与此类似，11的位置为0

截止到目前已经放了11个元素，位置示意图如下

理论上，再放一个就触及到了我们的扩容阈值threshold = 16*0.75 = 12，但看一下源码662行

其实12的时候还不会，是要大于12才会，那就继续Force Step Into走进map.put("12", "12")

事情开始起变化，这hash值不同，但计算的位置i=1上却已经有了元素

上面红色框就是代码执行路径，源码642表明12节点被放在p节点即1号位置的next，而e在源码641赋值时p.next此时还是null，所以下面的代码路径是正确的

所以此时的key=1就有了next，此时示意图如下：

继续Force Step Into，发现前半段map.put("13", "13");还是和map.put("12", "12");一样
本来按照剧本，key=13应该被放到2号位置key=2的next
示意图应该如下

但是，万事就怕但是，在这里if (++size > threshold)不满足了

增量扩容

他要再次执行resize()了进去瞧瞧，先不管元素移动，先看扩容

对比第一次的resize来看

元素迁移

第二次的容量和阈值都比第一次大了2倍，且oldTab不再为null，需要将oldTab迁移到newTab

所以接下来我们就要品读这段代码了，你先品品

if (oldTab != null) { 

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)
((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;
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);
if (loTail != null) { 

loTail.next = null;
newTab[j] = loHead;
}
if (hiTail != null) { 

hiTail.next = null;
newTab[j + oldCap] = hiHead;
}
}
}
}
}

回到正题，继续Force Step Into，看源码707行，for (int j = 0; j < oldCap; ++j)就是要循环整个旧表

上面的代码分三种情况来读

一是位置上只有一个Node元素，即next为null的，类似上面的3-9号位置上都只有一个元素
第二种一个位置上有多个元素的，类似上面的1、2号位置，目前都有两个元素
第三种就是此位置上的元素为TreeNode类型的，目前没有，今天先不考虑

对于第一种情况，核心操作就是源码712行的newTab[e.hash & (newCap - 1)] = e;

计算该元素在新表中的位置，e.hash & (newCap - 1)

所以0号元素经过e.hash & (newCap - 1)即1568 & 31后，工具计算结果在新表的位置是0

然后第二个元素即1号元素，正好是第二种情况，示意图再看一下

源码709行oldTab[1]不为null，711行e.next也不为null

且e instanceof TreeNode也是false，所以核心流程来到了719行的do……while

把do……while这段单独拎出来看，先定义两个链表的头和尾，一个链表用来装与旧表元素位置相同的元素，一个用来装需要重新分配位置的元素

                        Node<K,V> loHead = null, loTail = null;// 位置相同的链表的头尾
Node<K,V> hiHead = null, hiTail = null;// 位置要移动的链表头尾
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);
if (loTail != null) { 

loTail.next = null;
newTab[j] = loHead;
}
if (hiTail != null) { 

hiTail.next = null;
newTab[j + oldCap] = hiHead;
}

当key=1元素开始执行时，源码721行e.hash & oldCap即46 & 16 != 0，跳转至源码729

继续循环1号位置，此时e.hash & oldCap为1569 & 16结果为0，所以将e赋值给loHead，同时链表尾部loTail也指向e

由于只有两个元素，循环到此结束了

最后将loHead放在newTab[1]即在新数组中与旧数组位置相同的地方

而hiHead则被放在新的数组newTab[1 + 16]即在旧数组位置基础上再加上旧数组的容量

以此类推，2号位上的两个元素分别被放置在新表的2号和2+16号位置上

最后操作下来，位置关系如示意图

总结

到此目标完成，总结一下要点

1、HashMap的初始化是在插入第一个元素时调用`resize`完成的（源码`629`行）

2、不指定容量，默认容量为16（源码`694`）

3、指定容量不一定按照你的值来，会经过`tableSizeFor`转成不小于输入值的2的n次幂，源码`378`

这里有个小问题，tableSizeFor转换成2的n次幂不是直接赋值给capacity，而是先将值暂时保存在threshold，见源码457，然后在put第一个元素resize时，婉转的传递给newCap

4、put元素时，元素的位置取决于数组的长度和key的hash值按位与的结果`i = (n - 1) & hash`源码`630`

4.1 如果这里没有元素，直接放这

4.2 如果有，判断是不是键冲突（源码`634`），直接新值覆盖旧值*（源码`657`）

4.3 如果有且不是键冲突，则将其放在原元素的next位置（源码`642`）

5、只有当size大于了扩容阈值`size > threshold`，才会触发扩容，源码`662`，扩容前，当前元素已经放好了

6、扩容时，容量和扩容阈值都翻番（源码`687`），但要小于`MAXIMUM_CAPACITY`

7、扩容时，元素在新表中的位置分情况

7.1 当元素只是孤家寡人即元素的`next==null`(源码)`711`时，位置为`e.hash & (newCap - 1)`（源码`712`）

7.2 当元素有`next`节点时，该链表上的元素分两类

7.21 e.hash & oldCap = 0的，在新表中与旧表中的位置一样(源码738）

7.22 `e.hash & oldCap != 0`的，位置为旧表位置+旧表容量，源码`742`

展望：

调了一天，还只是调了其中的一部分，初始化、初始扩容，和增量扩容，类似树化、拆树还没研究呢

构造树化的思路，也是从源码上找，主要是以下几行

只要你能让不同的key的hash值相同，并且key不相同，就可以制造出hash冲突，就能将多个元素放在同一个位置上，然后直至触发树化，具体情况我们下回分解。

发布者：全栈程序员-用户IM，转载请注明出处：https://javaforall.cn/190974.html原文链接：https://javaforall.cn

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hashmap扩容后数据的迁移_HashMap扩容

上文回顾

此篇重点

jdk版本还是1.8

结构图

解剖思路

调试代码

以debug模式启动，开始解剖之旅

开始 put

增量扩容

元素迁移

总结

1、HashMap的初始化是在插入第一个元素时调用resize完成的（源码629行）

2、不指定容量，默认容量为16（源码694）

3、指定容量不一定按照你的值来，会经过tableSizeFor转成不小于输入值的2的n次幂，源码378

4、put元素时，元素的位置取决于数组的长度和key的hash值按位与的结果i = (n - 1) & hash源码630

4.1 如果这里没有元素，直接放这

4.2 如果有，判断是不是键冲突（源码634），直接新值覆盖旧值*（源码657）

4.3 如果有且不是键冲突，则将其放在原元素的next位置（源码642）

5、只有当size大于了扩容阈值size > threshold，才会触发扩容，源码662，扩容前，当前元素已经放好了

6、扩容时，容量和扩容阈值都翻番（源码687），但要小于MAXIMUM_CAPACITY

7、扩容时，元素在新表中的位置分情况

7.1 当元素只是孤家寡人即元素的next==null(源码)711时，位置为e.hash & (newCap - 1)（源码712）

7.2 当元素有next节点时，该链表上的元素分两类

7.22 e.hash & oldCap != 0的，位置为旧表位置+旧表容量，源码742

展望：

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