• hashMap 1.8


    hashMap1.8并不能完全解决死循环的问题,可以用concurrentHashMap

    hashMap的属性:

    public class HashMap<K,V> extends AbstractMap<K,V>
       implements Map<K,V>, Cloneable, Serializable {
       //序列号,序列化的时候使用。
       private static final long serialVersionUID = 362498820763181265L;
       /**默认容量,1向左移位4个,00000001变成00010000,也就是2的4次方为16,使用移位是因为移位是计算机基础运算,效率比加减乘除快。**/
       static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4;
       //最大容量,2的30次方。
       static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;
       //加载因子,用于扩容使用。
       static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;
       //当某个桶节点数量大于8时,会转换为红黑树。
       static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8;
       //当某个桶节点数量小于6时,会转换为链表,前提是它当前是红黑树结构。
       static final int UNTREEIFY_THRESHOLD = 6;
       //当整个hashMap中元素数量大于64时,也会进行转为红黑树结构。
       static final int MIN_TREEIFY_CAPACITY = 64;
       //存储元素的数组,transient关键字表示该属性不能被序列化
       transient Node<K,V>[] table;
       //将数据转换成set的另一种存储形式,这个变量主要用于迭代功能。
       transient Set<Map.Entry<K,V>> entrySet;
       //元素数量
       transient int size;
       //统计该map修改的次数
       transient int modCount;
       //临界值,也就是元素数量达到临界值时,会进行扩容。
       int threshold;
       //也是加载因子,只不过这个是变量。
       final float loadFactor;  

    常用内部类

    使用静态内部类,是为了方便调用,而不用每次调用里面的属性或者方法都需要new一个对象。这是一个红黑树的结构

    static final class TreeNode<K,V> extends LinkedHashMap.Entry<K,V> {
           TreeNode<K,V> parent;  
           TreeNode<K,V> left;
           TreeNode<K,V> right;
           TreeNode<K,V> prev;    
           boolean red;
           TreeNode(int hash, K key, V val, Node<K,V> next) {
               super(hash, key, val, next);
          }
    }

    里面还包含了一个结点内部类,是一个单向链表。上面这两个内部类再加上之前的Node<K,V>[] table属性,组成了hashMap的结构,哈希桶。

    static class Node<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
           final int hash;
           final K key;
           V value;
           Node<K,V> next;

           Node(int hash, K key, V value, Node<K,V> next) {
               this.hash = hash;
               this.key = key;
               this.value = value;
               this.next = next;
          }
    }

    构造方法:

        public HashMap() {
           this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR;
      }


       public HashMap(int initialCapacity) {
           this(initialCapacity, DEFAULT_LOAD_FACTOR);
      }


       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;
           this.threshold = tableSizeFor(initialCapacity);
      }

    hash算法

    static final int hash(Object key) {
          int h;
          /**先获取到key的hashCode,然后进行移位再进行异或运算,为什么这么复杂,不用想肯定是为了减少hash冲突**/
          return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
      }

    put方法

            public V put(K key, V value) {
               /**四个参数,第一个hash值,第四个参数表示如果该key存在值,如果为null的话,则插入新的value,最后一个参数,在hashMap中没有用,可以不用管,使用默认的即可**/
               return putVal(hash(key), key, value, false, true);
          }
       
           final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,
                          boolean evict) {
               //tab 哈希数组,p 该哈希桶的首节点,n hashMap的长度,i 计算出的数组下标
               Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, i;
               //获取长度并进行扩容,使用的是懒加载,table一开始是没有加载的,等put后才开始加载
               if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
                   n = (tab = resize()).length;
               /**如果计算出的该哈希桶的位置没有值,则把新插入的key-value放到此处,此处就算没有插入成功,也就是发生哈希冲突时也会把哈希桶的首节点赋予p**/
               if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
                   tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
               //发生哈希冲突的几种情况
               else {
                   // e 临时节点的作用, k 存放该当前节点的key
                   Node<K,V> e; K k;
                   //第一种,插入的key-value的hash值,key都与当前节点的相等,e = p,则表示为首节点
                   if (p.hash == hash &&
                      ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                       e = p;
                   //第二种,hash值不等于首节点,判断该p是否属于红黑树的节点
                   else if (p instanceof TreeNode)
                       /**为红黑树的节点,则在红黑树中进行添加,如果该节点已经存在,则返回该节点(不为null),该值很重要,用来判断put操作是否成功,如果添加成功返回null**/
                       e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
                   //第三种,hash值不等于首节点,不为红黑树的节点,则为链表的节点
                   else {
                       //遍历该链表
                       for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
                           //如果找到尾部,则表明添加的key-value没有重复,在尾部进行添加
                           if ((e = p.next) == null) {
                               p.next = newNode(hash, key, value, null);
                               //判断是否要转换为红黑树结构
                               if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1)
                                   treeifyBin(tab, hash);
                               break;
                          }
                           //如果链表中有重复的key,e则为当前重复的节点,结束循环
                           if (e.hash == hash &&
                              ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                               break;
                           p = e;
                      }
                  }
                   //有重复的key,则用待插入值进行覆盖,返回旧值。
                   if (e != null) {
                       V oldValue = e.value;
                       if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
                           e.value = value;
                       afterNodeAccess(e);
                       return oldValue;
                  }
              }
               //到了此步骤,则表明待插入的key-value是没有key的重复,因为插入成功e节点的值为null
               //修改次数+1
               ++modCount;
               //实际长度+1,判断是否大于临界值,大于则扩容
               if (++size > threshold)
                   resize();
               afterNodeInsertion(evict);
               //添加成功
               return null;
          }

    resize方法

     final Node<K,V>[] resize() {
           //把没插入之前的哈希数组做我诶oldTal
           Node<K,V>[] oldTab = table;
           //old的长度
           int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length;
           ////取出原来数组的长度和阈值。
           int oldThr = threshold;
           //初始化new的长度和临界值
           int newCap, newThr = 0;
           //oldCap > 0 //当原来的长度大于0时,也就是说不是首次初始化,因为hashMap用的是懒加载
           if (oldCap > 0) {
               //大于最大值
               if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) {
                   //临界值为整数的最大值
                   threshold = Integer.MAX_VALUE;
                   return oldTab;//直接返回原来的数组
              }
              //如果两倍扩容后小于最大容量并且原来的容量大于默认容量
               else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY &&
                        oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)
                   // 阈值也翻倍
                   newThr = oldThr << 1;
          }
           /**如果oldCap<0,但是已经初始化了,像把元素删除完之后的情况,那么它的临界值肯定还存在,        
              如果是首次初始化,它的临界值则为0
           **/
           else if (oldThr > 0)
               newCap = oldThr;
           //首次初始化,给与默认的值
           else {              
               newCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY;
               //临界值等于容量*加载因子
               newThr = (int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY);
          }
           //此处的if为上面标记##的补充,也就是初始化时容量小于默认值16的,此时newThr没有赋值
           if (newThr == 0) {
               //new的临界值
               float ft = (float)newCap * loadFactor;
               //判断是否new容量是否大于最大值,临界值是否大于最大值
               newThr = (newCap < MAXIMUM_CAPACITY && ft < (float)MAXIMUM_CAPACITY ?
                        (int)ft : Integer.MAX_VALUE);
          }
           //把上面各种情况分析出的临界值,在此处真正进行改变,也就是容量和临界值都改变了。
           threshold = newThr;
           //表示忽略该警告
        //下面这段代码就是把原来的hashmap放进新的hashmap当中了,这里没有再调用putval方法了,不然就会由于resize的无限循环导致系统爆炸了。
           @SuppressWarnings({"rawtypes","unchecked"})
               //初始化
               Node<K,V>[] newTab = (Node<K,V>[])new Node[newCap];
           //赋予当前的table
           table = newTab;
           //此处自然是把old中的元素,遍历到new中
           if (oldTab != null) {
               for (int j = 0; j < oldCap; ++j) {
                   //临时变量
                   Node<K,V> e;
                   //当前哈希桶的位置值不为null,也就是数组下标处有值,因为有值表示可能会发生冲突
                   if ((e = oldTab[j]) != null) {
                       //把已经赋值之后的变量置位null,当然是为了好回收,释放内存
                       oldTab[j] = null;
                       //如果下标处的节点没有下一个元素
                       if (e.next == null)
                           //把该变量的值存入newCap中,e.hash & (newCap - 1)并不等于j
                           newTab[e.hash & (newCap - 1)] = e;
                       //该节点为红黑树结构,也就是存在哈希冲突,该哈希桶中有多个元素
                       else if (e instanceof TreeNode)
                           //把此树进行转移到newCap中
                          ((TreeNode<K,V>)e).split(this, newTab, j, oldCap);
                       else { /**此处表示为链表结构,同样把链表转移到newCap中,就是把链表遍历后,把值转过去,在置位null**/
                           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;
                          }
                      }
                  }
              }
          }
           //返回扩容后的hashMap
           return newTab;
      }

    remove方法

      public V remove(Object key) {
           //临时变量
           Node<K,V> e;
           /**调用removeNode(hash(key), key, null, false, true)进行删除,第三个value为null,表示,把key的节点直接都删除了,不需要用到值,如果设为值,则还需要去进行查找操作**/
           return (e = removeNode(hash(key), key, null, false, true)) == null ?
               null : e.value;
      }
       
       /**第一参数为哈希值,第二个为key,第三个value,第四个为是为true的话,则表示删除它key对应的value,不删除key,第四个如果为false,则表示删除后,不移动节点**/
       final Node<K,V> removeNode(int hash, Object key, Object value,
                                  boolean matchValue, boolean movable) {
           //tab 哈希数组,p 数组下标的节点,n 长度,index 当前数组下标
           Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, index;
           //哈希数组不为null,且长度大于0,然后获得到要删除key的节点所在是数组下标位置
           if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 &&
              (p = tab[index = (n - 1) & hash]) != null) {
               //nodee 存储要删除的节点,e 临时变量,k 当前节点的key,v 当前节点的value
               Node<K,V> node = null, e; K k; V v;
               //如果数组下标的节点正好是要删除的节点,把值赋给临时变量node
               if (p.hash == hash &&
                  ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                   node = p;
               //也就是要删除的节点,在链表或者红黑树上,先判断是否为红黑树的节点
               else if ((e = p.next) != null) {
                   if (p instanceof TreeNode)
                       //遍历红黑树,找到该节点并返回
                       node = ((TreeNode<K,V>)p).getTreeNode(hash, key);
                   else { //表示为链表节点,一样的遍历找到该节点
                       do {
                           if (e.hash == hash &&
                              ((k = e.key) == key ||
                                (key != null && key.equals(k)))) {
                               node = e;
                               break;
                          }
                           /**注意,如果进入了链表中的遍历,那么此处的p不再是数组下标的节点,而是要删除结点的上一个结点**/
                           p = e;
                      } while ((e = e.next) != null);
                  }
              }
               //找到要删除的节点后,判断!matchValue,我们正常的remove删除,!matchValue都为true
               if (node != null && (!matchValue || (v = node.value) == value ||
                                    (value != null && value.equals(v)))) {
                   //如果删除的节点是红黑树结构,则去红黑树中删除
                   if (node instanceof TreeNode)
                      ((TreeNode<K,V>)node).removeTreeNode(this, tab, movable);
                   //如果是链表结构,且删除的节点为数组下标节点,也就是头结点,直接让下一个作为头
                   else if (node == p)
                       tab[index] = node.next;
                   else /**为链表结构,删除的节点在链表中,把要删除的下一个结点设为上一个结点的下一个节点**/
                       p.next = node.next;
                   //修改计数器
                   ++modCount;
                   //长度减一
                   --size;
                   /**此方法在hashMap中是为了让子类去实现,主要是对删除结点后的链表关系进行处理**/
                   afterNodeRemoval(node);
                   //返回删除的节点
                   return node;
              }
          }
           //返回null则表示没有该节点,删除失败
           return null;
      }

    get方法

     public V get(Object key) {
           Node<K,V> e;
           //也是调用getNode方法来完成的
           return (e = getNode(hash(key), key)) == null ? null : e.value;
      }

       final Node<K,V> getNode(int hash, Object key) {
           //first 头结点,e 临时变量,n 长度,k key
           Node<K,V>[] tab; Node<K,V> first, e; int n; K k;
           //头结点也就是数组下标的节点
           if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 &&
              (first = tab[(n - 1) & hash]) != null) {
               //如果是头结点,则直接返回头结点
               if (first.hash == hash &&
                  ((k = first.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                   return first;
               //不是头结点
               if ((e = first.next) != null) {
                   //判断是否是红黑树结构
                   if (first instanceof TreeNode)
                       //去红黑树中找,然后返回
                       return ((TreeNode<K,V>)first).getTreeNode(hash, key);
                   do { //链表节点,一样遍历链表,找到该节点并返回
                       if (e.hash == hash &&
                          ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                           return e;
                  } while ((e = e.next) != null);
              }
          }
           //找不到,表示不存在该节点
           return null;
      }

    红黑树插入平衡调整

    CASE 1:如果关注节点是 a,它的叔叔节点 d 是红色,我们就依次执行下面的操作:

    将关注节点 a 的父节点 b、叔叔节点 d 的颜色都设置成黑色;

    将关注节点 a 的祖父节点 c 的颜色设置成红色;

    关注节点变成 a 的祖父节点 c;

    跳到 CASE 2 或者 CASE 3。

    https://static001.geekbang.org/resource/image/60/40/603cf91f54b5db21bd02c6c5678ecf40.jpg

    CASE 2:如果关注节点是 a,它的叔叔节点 d 是黑色,关注节点 a 是其父节点 b 的右子节点,我们就依次执行下面的操作:

    关注节点变成节点 a 的父节点 b;

    围绕新的关注节点b 左旋;

    跳到 CASE 3。

    https://static001.geekbang.org/resource/image/44/ad/4480a314f9d83c343b8adbb28b6782ad.jpg

    CASE 3:如果关注节点是 a,它的叔叔节点 d 是黑色,关注节点 a 是其父节点 b 的左子节点,我们就依次执行下面的操作:

    围绕关注节点 a 的祖父节点 c 右旋;

    将关注节点 a 的父节点 b、兄弟节点 c 的颜色互换。

    调整结束。

    https://static001.geekbang.org/resource/image/04/12/04650d9470b1e67899f5b8b7b8e33212.jpg

     



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