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鏈接: HashMap源碼研究——源碼一行一行的注釋

文章目錄

• 為什么初始容量是 2次冪？
• 如果指定了不是2的次冪的容量會(huì)發(fā)生什么？
• • 有一個(gè)初始容量參數(shù)的構(gòu)造方法HashMap(int initialCapacity)
  • 有兩個(gè)參數(shù)的構(gòu)造方法HashMap(int initialCapacity, float loadFactor)
• 擾動(dòng)函數(shù)

為什么初始容量是 2次冪？

final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,boolean evict) {Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, i;if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)n = (tab = resize()).length;// 如果沒(méi)有hash碰撞則直接插入元素if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null) tab[i] = newNode(hash, key, value, null);else {......} }

通過(guò)看源碼，我們發(fā)現(xiàn)，判斷桶的索引的實(shí)現(xiàn)是 i = ( n - 1 ) & hash，其中 n 是 map 的容量。

任何 2 的整數(shù)冪 - 1 得到的二進(jìn)制都是 1，如：16 - 1 = 15（1111）；32 - 1 = 31（11111）

而 n-1 與 hash 做的是與運(yùn)算(&)，與運(yùn)算是 兩個(gè)都為1，才為1

既然我們的 n-1 永遠(yuǎn)都是 1，那 ( n - 1 ) & hash 的計(jì)算結(jié)果就是 低位的hash 值。如：

00100100 10100101 11000100 00100101 // Hash 值 & 00000000 00000000 00000000 00001111 // 16 - 1 = 15 ----------------------------------00000000 00000000 00000000 00000101 // 高位全部歸零，只保留末四位。

那容量不是 2次冪會(huì)怎么樣？我們來(lái)做個(gè)試驗(yàn)。

2次冪的情況：

非2次冪的情況，假設(shè) n = 10:

對(duì)比來(lái)看，哪種發(fā)生哈希碰撞的概率更低一目了然，如果 n 為 2次冪，可以保證數(shù)據(jù)的均勻插入，降低哈希沖突的概率，畢竟沖突越大，代表數(shù)組中的鏈表/紅黑樹(shù)越大，從而降低Hashmap 的性能。

如果指定了不是2的次冪的容量會(huì)發(fā)生什么？

答案：會(huì)獲得最接近的一個(gè)2的次冪作為容量

有一個(gè)初始容量參數(shù)的構(gòu)造方法HashMap(int initialCapacity)

參數(shù)：initialCapacity 初始容量

public HashMap(int initialCapacity) {//此處通過(guò)把第二個(gè)參數(shù)負(fù)載因子使用默認(rèn)值0.75f，然后調(diào)用有兩個(gè)參數(shù)的構(gòu)造方法this(initialCapacity, DEFAULT_LOAD_FACTOR);}

這個(gè)一個(gè)參數(shù)的構(gòu)造方法，使用HashMap的默認(rèn)負(fù)載因子，把該初始容量和默認(rèn)負(fù)載因子作為入?yún)?#xff0c;調(diào)用HashMap的兩個(gè)參數(shù)的構(gòu)造方法

有兩個(gè)參數(shù)的構(gòu)造方法HashMap(int initialCapacity, float loadFactor)

參數(shù)：initialCapacity 初始容量
參數(shù)：loadFactor 負(fù)載因子

/*** Constructs an empty <tt>HashMap</tt> with the specified initial* capacity and load factor.* 通過(guò)指定的初始容量和負(fù)載因子初始化一個(gè)空的HashMap** @param initialCapacity the initial capacity 初始化容量* @param loadFactor the load factor 負(fù)載因子* @throws IllegalArgumentException if the initial capacity is negative* or the load factor is nonpositive* 如果初始容量或者負(fù)載因子為負(fù)數(shù)，則會(huì)拋出非法數(shù)據(jù)異常*/public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {if (initialCapacity < 0) //如果初始容量小于0，拋出異常throw new IllegalArgumentException("Illegal initial capacity: " +initialCapacity);if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY) //如果初始容量超過(guò)最大容量（1<<32）initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY; //則使用最大容量作為初始容量if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor)) //如果負(fù)載因子小于等于0或者不是數(shù)字，則拋出異常throw new IllegalArgumentException("Illegal load factor: " +loadFactor);this.loadFactor = loadFactor; //把負(fù)載因子賦值給成員變量loadFactor//調(diào)用tableSizeFor方法計(jì)算出不小于initialCapacity的最小的2的冪的結(jié)果，并賦給成員變量thresholdthis.threshold = tableSizeFor(initialCapacity); }

我們下面看看tableSizeFor()這個(gè)方法是如何計(jì)算的，這個(gè)方法的實(shí)現(xiàn)原理很巧妙，源碼如下：

/*** Returns a power of two size for the given target capacity.*/static final int tableSizeFor(int cap) {int n = cap - 1; //容量減1，為了防止初始化容量已經(jīng)是2的冪的情況，最后有+1運(yùn)算。n |= n >>> 1; //將n無(wú)符號(hào)右移一位再與n做或操作n |= n >>> 2; //將n無(wú)符號(hào)右移兩位再與n做或操作n |= n >>> 4; //將n無(wú)符號(hào)右移四位再與n做或操作n |= n >>> 8; //將n無(wú)符號(hào)右移八位再與n做或操作n |= n >>> 16; //將n無(wú)符號(hào)右移十六位再與n做或操作//如果入?yún)ap為小于或等于0的數(shù)，那么經(jīng)過(guò)cap-1之后n為負(fù)數(shù)，n經(jīng)過(guò)無(wú)符號(hào)右移和或操作后仍未負(fù) //數(shù),所以如果n<0,則返回1;如果n大于或等于最大容量，則返回最大容量;否則返回n+1return (n < 0) ? 1 : (n >= MAXIMUM_CAPACITY) ? MAXIMUM_CAPACITY : n + 1;}

首先，為什么要對(duì)cap做減1操作。int n = cap - 1;
這是為了防止，cap已經(jīng)是2的冪。如果cap已經(jīng)是2的冪， 又沒(méi)有執(zhí)行這個(gè)減1操作，則執(zhí)行完后面的幾條無(wú)符號(hào)右移操作之后，返回的capacity將是這個(gè)cap的2倍。如果不懂，要看完后面的幾個(gè)無(wú)符號(hào)右移之后再回來(lái)看看。
下面看看這幾個(gè)無(wú)符號(hào)右移操作：
如果n這時(shí)為0了（經(jīng)過(guò)了cap-1之后），則經(jīng)過(guò)后面的幾次無(wú)符號(hào)右移依然是0，最后返回的capacity是1（最后有個(gè)n+1的操作）。
這里只討論n不等于0的情況。
第一次右移

n |= n >> 1;

由于n不等于0，則n的二進(jìn)制表示中總會(huì)有一bit為1，這時(shí)考慮最高位的1。通過(guò)無(wú)符號(hào)右移1位，則將最高位的1右移了1位，再做或操作，使得n的二進(jìn)制表示中與最高位的1緊鄰的右邊一位也為1，如000011xxxxxx。
第二次右移

n |= n >>> 2;

注意，這個(gè)n已經(jīng)經(jīng)過(guò)了n |= n >>> 1; 操作。假設(shè)此時(shí)n為000011xxxxxx ，則n無(wú)符號(hào)右移兩位，會(huì)將最高位兩個(gè)連續(xù)的1右移兩位，然后再與原來(lái)的n做或操作，這樣n的二進(jìn)制表示的高位中會(huì)有4個(gè)連續(xù)的1。如00001111xxxxxx 。
第三次右移

n |= n >>> 4;

這次把已經(jīng)有的高位中的連續(xù)的4個(gè)1，右移4位，再做或操作，這樣n的二進(jìn)制表示的高位中會(huì)有8個(gè)連續(xù)的1。如00001111 1111xxxxxx 。
以此類推
注意，容量最大也就是32bit的正數(shù)，因此最后n |= n >>> 16; ，最多也就32個(gè)1，但是這時(shí)已經(jīng)大于了MAXIMUM_CAPACITY ，所以取值到MAXIMUM_CAPACITY 。

但是，請(qǐng)注意，在構(gòu)造方法中，并沒(méi)有對(duì)table這個(gè)成員變量進(jìn)行初始化，table的初始化被推遲到了put方法中，在put方法中會(huì)對(duì)threshold重新計(jì)算。

擾動(dòng)函數(shù)

HashMap 中的擾動(dòng)函數(shù)是一個(gè)通過(guò)對(duì) key 值類型自帶的哈希函數(shù)生成的散列值進(jìn)行位移計(jì)算來(lái)擾亂散列值，以達(dá)到降低哈希碰撞的概率的方法。源碼中對(duì)應(yīng)的是 hash()，但具體是如何進(jìn)行移位和降低碰撞概率的？？

// jdk 8 static final int hash(Object key) {int h;return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16); }

我們分析一下hash()，key.hash() 調(diào)用的是key類型自帶的哈希函數(shù)，返回的是 int 類型的散列值。

如果沒(méi)有擾動(dòng)函數(shù)的情況下，我們拿著散列值作為下標(biāo)找到 hashmap 中對(duì)應(yīng)的桶位存下即可（不發(fā)送哈希沖突的情況下），但 int 類型是 32 位，很少有Hashmap的數(shù)組有40億這么大，所以， key 類型自帶的哈希函數(shù)返回的散列值不能拿來(lái)直接用。如果我們?nèi)〉蛶孜坏?hash 值來(lái)做數(shù)組映射行不行，但是如果低位相同，高位不同的 hash 值就碰撞了，如：

// Hash 碰撞示例： 00000000 00000000 00000000 00000101 & 1111 = 0101 // H1 00000000 11111111 00000000 00000101 & 1111 = 0101 // H2

為了解決這個(gè)問(wèn)題，HashMap 想了個(gè)辦法，用擾動(dòng)函數(shù)降低碰撞的概率。將 hash 值右移16位（hash值的高16位）與 原 hash 值做異或運(yùn)算（^），從而得到一個(gè)新的散列值。如：

00000000 00000000 00000000 00000101 // H1 00000000 00000000 00000000 00000000 // H1 >>> 16 00000000 00000000 00000000 00000101 // hash = H1 ^ (H1 >>> 16) = 500000000 11111111 00000000 00000101 // H2 00000000 00000000 00000000 11111111 // H2 >>> 16 00000000 00000000 00000000 11111010 // hash = H2 ^ (H2 >>> 16) = 250

H1,H2 兩個(gè) hash 值經(jīng)過(guò)擾動(dòng)后，很明顯不會(huì)發(fā)生碰撞。

總結(jié)
總的來(lái)說(shuō)，不管是規(guī)定 Hashmap 的 n 為 2次冪，還是擾動(dòng)函數(shù)，都是為了一個(gè)目標(biāo)，降低哈希沖突的概率，從而使 HashMap 性能得到優(yōu)化。而規(guī)定 n 為 2次冪，是在新建 Hashmap對(duì)象初始化時(shí)，規(guī)定其容量大小的角度來(lái)優(yōu)化。而擾動(dòng)函數(shù)是插入 key 值時(shí)改變 key 的散列值來(lái)達(dá)到優(yōu)化效果。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的为什么HashMap默认初始容量为2次幂？不是2次幂会怎样？讲讲 HashMap 扰动函数？的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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