Java中Hashset存储原理底层深挖

2023-09-20 13:18:41

上课老师讲了Hashset的添加元素方法,感觉不甚准确,于是下课扒一扒底层源码,这一看,霍!

原来如此。现在小丁来捋一遍他的存储原理。

public boolean add(E e) {
        return map.put(e, PRESENT)==null;
    }

可以看到PRESENT是一个private static final修饰的object对象

private static final Object PRESENT = new Object();

首先它返回了一个map的put方法,并判断它是不是添加成功,添加成功返回true,反之返回false

继续

public V put(K key, V value) {
        return putVal(hash(key), key, value, false, true);
    }

接着他又返回了一个putVal方法

看一眼这个方法是啥,一看好家伙

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;
        if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
            tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
        else {
            Node<K,V> e; K k;
            if (p.hash == hash &&
                ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                e = p;
            else if (p instanceof TreeNode)
                e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
            else {
                for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
                    if ((e = p.next) == null) {
                        p.next = newNode(hash, key, value, null);
                        if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st
                            treeifyBin(tab, hash);
                        break;
                    }
                    if (e.hash == hash &&
                        ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                        break;
                    p = e;
                }
            }
            if (e != null) { // existing mapping for key
                V oldValue = e.value;
                if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
                    e.value = value;
                afterNodeAccess(e);
                return oldValue;
            }
        }
        ++modCount;
        if (++size > threshold)
            resize();
        afterNodeInsertion(evict);
        return null;
    }

不急咱一点一点拆着看

首先搞清楚前面定义的Node<K,V>[] tab这玩意是啥,有node节点

static class Node<K,V> implements Map.Entry<K,V>

 静态内部类再看一眼方法,是链表节点

 先解释一下参数是什么意思

hash: 键的哈希值,用于确定键值对在数组中的位置。
key: 键,可以是任意类型的对象。
value: 值,可以是任意类型的对象。
onlyIfAbsent: 一个布尔值,表示是否只在键不存在时才插入值。

先看前面

首先判断数组是否为空或长度为零,如果是则调用resize方法。

resize方法是用来扩容的方法

if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
            n = (tab = resize()).length;

      

然后根据哈希值和数组长度计算出键值对在数组中的索引i,并获取该位置的节点p。

如果p为空,则说明该位置没有发生哈希冲突,直接创建一个新节点并放入数组中。

  if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
            tab[i] = newNode(hash, key, value, null);

那么剩下的情况就是该位置已经有元素了,发生了哈希冲突了,用else来嵌套剩下的情况

1.如果p的哈希值和键与传入的参数相同,则说明找到了相同的键,直接将p赋值给e。

e相当于一个中间变量

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

2.如果p的节点是treenode节点就把他放进去

看眼treenode是什么东西,发现是是一个静态内部类,并且里面有boolean red这个属性,是判断此节点是红还是黑的,原来这个东西是一个红黑树节点

 else if (p instanceof TreeNode)
                e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);

3.如果都不是的话,就只有一种情况了,下面是个链表,要顺着往下遍历看看有没有相同元素

于是再用一个else来嵌套剩下的情况

3.1

使用一个循环遍历链表,每次将p的下一个节点赋值给e,并判断e是否为空或者与传入的参数相同。

TREEIFY_THRESHOLD这个玩意是类中的一个常量值为8

说明链表在长度为8时转换为红黑树

for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
    if ((e = p.next) == null) {//如果e为空,则说明到达了链表尾部,没有找到相同的键
        p.next = newNode(hash, key, value, null);//,创建一个新节点并插入到链表尾部,
        if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // 并判断是否需要将链表转化为红黑树。
            treeifyBin(tab, hash);
        break;
    }
    if (e.hash == hash &&
            ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
        break;//如果e不为空且与传入的参数相同,则说明找到了相同的键,跳出循环。
    p = e;//每次循环后将e赋值给p,以便下一次循环使用
}                

3.2

如果e不为空,则说明存在相同的键,需要更新其对应的值。

然后返回该节点的值不空

所以put返回的为旧节点的值非空,故add返回false显示添加失败

if (e != null) { // existing mapping for key
    V oldValue = e.value;
    if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
        e.value = value;
    afterNodeAccess(e);
    return oldValue;
}

3.3

同理put返回的为旧节点的值为空,故add返回true显示添加成功

 ++modCount;//增加修改计数器modCount和元素个数size
 if (++size > threshold)//判断是否需要扩容数组。
     resize();
 afterNodeInsertion(evict);//用afterNodeInsertion方法处理后续逻辑,并返回null。
 return null;

总结一下:

HashSet添加元素会调用HashMap的添加方法值作为key,一个空对象作为value

而HashMap用hash计算的出元素的hash值并放在对应的数组索引上,如果hash冲突了就在下面挂一个链表。如果找到了同一个元素就把新加入的元素值赋给旧元素。

当这条链表长度大于8时 ,这条链表自动转换成红黑树存储

大概长这个样子:

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