HashMap中的put方法执行流程(流程图)

1 put操作整体流程

HashMapput 操作是其最核心的功能之一。在 JDK 1.8 及以后版本中,其主要逻辑封装在 putVal 这个内部方法中。整个过程大致如下:

  1. 初始判断与哈希计算
    • 首先,putVal 方法会检查当前的 table(也就是内部的 Node<K,V>[] 数组)是否为 null 或者长度为0。如果是,则会调用 resize() 方法进行初始化扩容,分配一个默认大小(通常是16)的数组空间。
    • 接下来,计算键 key 的哈希值。
      • 如果 keynull,它有一个特殊的处理逻辑,hash 会被置为0,并且通常会尝试将这个键值对放入 table[0] 的位置。
      • 如果 key 不为 null,则调用 key.hashCode() 获取原始哈希码,然后通过一个扰动函数 (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16) 对哈希码进行处理。这样做是为了让哈希值的高16位也参与到后续的索引计算中,使得哈希分布更均匀,减少哈希冲突。
  2. 计算数组索引 (定位哈希桶)
    • 使用经过扰动处理后的哈希值 hash(table.length - 1) 进行按位与 & 运算,即 i = (n - 1) & hash(其中 ntable 的长度)。这个操作等效于 hash % n,但位运算效率更高,前提是 n 必须是2的幂次方(HashMap 的容量设计保证了这一点)。这样就确定了该键值对应该存储在 table 数组的哪个索引位置(哪个哈希桶)。
  3. 处理指定索引位置的情况
    • p = table[i],检查该哈希桶 table[i] 是否为空:
      • 情况一:哈希桶为空 ( p == null)
        • 如果该位置没有任何元素,说明没有发生哈希冲突。直接创建一个新的 Node(hash, key, value, null) 对象,并将其放入 table[i] 位置。
      • 情况二:哈希桶不为空 ( p != null)
        • 这表示发生了哈希冲突,或者找到了一个已存在的键。
        • 首先检查头节点 :判断桶的第一个节点 phash 值是否与新键的 hash 值相同,并且通过 key.equals(p.key)(或 key == p.key)判断键是否相等。
          • 如果键完全相同 ,说明是更新操作。将旧值 p.value 记录下来(用于 putVal 方法返回),然后用新的 value 替换 p.value。操作结束。
        • 如果头节点不是目标键,则检查节点类型
          • 如果 pTreeNode 类型 (即该桶已经转化为红黑树):
            • 调用红黑树的插入方法 p.putTreeVal(this, tab, hash, key, value) 将新的键值对插入到红黑树中。如果树中已存在相同的键,则更新其值。
          • 如果 p 是普通的 Node 类型 (即该桶是链表结构):
            • 遍历这个链表。在遍历过程中,使用 binCount 计数链表长度(从1开始,因为头节点已经算一个)。
            • 对于链表中的每个节点 e
              • 如果 e.hash == hash 并且 e.key.equals(key)(或 e.key == key),说明找到了相同的键,更新其值,操作结束。
            • 如果遍历到链表末尾(即 e.next = = null) 仍未找到相同的键:
              • 将新的键值对创建为一个新的 Node,并将其追加到链表的末尾(尾插法)。
              • 插入新节点后,检查链表长度 binCount(此时 binCount 是插入前的长度,所以判断 binCount + 1)是否达到了**树化阈值 **TREEIFY_THRESHOLD (默认为8)。
                • 如果达到了,并且当前 table 的长度 n 大于等于 MIN_TREEIFY_CAPACITY (默认为64),则调用 treeifyBin(tab, hash) 方法将这个链表转换为红黑树。
                • 如果 table 长度小于 MIN_TREEIFY_CAPACITY,则不会树化,而是会优先尝试 resize() 扩容。
            • 跳出链表遍历。
  4. 更新修改计数和大小
    • 如果成功插入了一个新的键值对(而不是更新已存在的键),modCount(记录 HashMap 结构修改次数的变量,用于迭代器的 fail-fast 机制)会自增。
    • sizeHashMap 中存储的键值对数量)会自增。
  5. 检查是否需要扩容
    • 在成功插入一个新节点后,会检查 ++size 是否大于 thresholdcapacity * loadFactor)。
    • 如果大于 threshold,则调用 resize() 方法对 HashMap 进行扩容。扩容通常会将容量翻倍,并重新计算所有元素在新表中的位置。
  6. 返回值
    • putVal 方法(以及 put 方法)会返回与指定键关联的前一个值,如果该键之前没有映射关系,则返回 null

总结一下 put 过程的关键点:

  • 计算哈希和索引。
  • 处理哈希桶:空桶直接放;非空桶则判断是更新、链表追加还是红黑树插入。
  • 链表过长且满足条件时会树化。
  • 插入新元素后检查是否需要扩容。
  • JDK 1.8 使用尾插法,并引入红黑树优化。

这个过程确保了 HashMap 在平均情况下能够提供 O(1) 的插入和查找性能,并在哈希冲突严重时通过红黑树将最坏情况下的性能维持在 O(logN)。

流程图

相关推荐
DesolateGIS7 小时前
Github上传文件流程图
流程图
幼稚园的山代王9 小时前
TreeMap一致性哈希环设计与实现 —— 高可用的数据分布引擎
算法·哈希算法·散列表
海天鹰10 小时前
Mermaid流程图
流程图
程序员三明治12 小时前
【重学数据结构】哈希表 Hash
数据结构·算法·哈希算法·散列表
Tisfy13 小时前
LeetCode 1695.删除子数组的最大得分:滑动窗口(哈希表)
算法·leetcode·散列表·题解·双指针·滑动窗口·哈希表
岁忧1 天前
(LeetCode 每日一题) 1695. 删除子数组的最大得分 (哈希表+双指针)
java·c++·算法·leetcode·go·散列表
非凡ghost2 天前
Draw.io v28.0.6 中文绿色版:免费流程图制作工具
流程图·生活·软件需求·draw.io
刚入坑的新人编程2 天前
暑假算法训练.6
数据结构·c++·算法·哈希算法
卜及中2 天前
【C++11】哈希表与无序容器:从概念到应用
c++·算法·哈希算法
麦兜*2 天前
【Spring Boot】Spring Boot循环依赖破解:@Lazy与Setter注入的取舍指南(流程图修复版)
java·spring boot·python·spring·spring cloud·系统架构·流程图