文章目录

HashMap
- HashMap是什么
- HashMap的底层
- - HashMap存储结构
  - jdk1.8之后为什么用红黑树
  - HashMap的几个重要参数：
- HashMap基本操作源码分析
- - put(k,v)方法解析
  - hash()函数解析
  - get(k)方法解析
- HashMap与HashTable的区别
- ConcurrentHashMap与Hansmap的区别
- - jdk1.7
  - jdk1.8

HashMap

HashMap是什么

HashMap继承了AbstractMap类，并且通过基于哈希表的 Map接口的实现。此实现提供所有可选的映射操作，并允许使用 null 值和null键。

HashMap的底层

HashMap存储结构

HashMap底层采用哈希表结构（JDK1.8后为数组+链表+红黑树）实现，结合了数组和链表的优点：

数组优点：通过数组下标可以快速实现对数组元素的访问，效率极高；
链表优点：插入或删除数据不需要移动元素，只需修改节点引用，效率极高。

jdk1.8之后为什么用红黑树

在JDK1.7及之前，是用数组加链表的方式存储的，当链表的长度特别长的时候，查询效率将直线下降，查询的时间复杂度为 O(n)。jdk1.8之后，在链表节点数超过阈值后，会将链表转化为红黑树(高度平衡二叉树)，使查询的时间复杂度降为O(logn)。
如果用普通的二叉树，可能会出现树的大多数节点都出现在一边，极端情况下形成一条链表，查询的时间复杂度很高。

HashMap的几个重要参数：

     // 默认初始化容量为 16 (必须为2的n次幂) static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; // aka 16//最大容量为 2^30static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;//默认的加载因子0.75，乘以数组容量得到的值，用来表示元素个数达到多少时，需要扩容。//为什么设置 0.75 这个值呢，简单来说就是时间和空间的权衡。//若小于0.75如0.5，则数组长度达到一半大小就需要扩容，空间使用率大大降低，//若大于0.75如0.8，则会增大hash冲突的概率，影响查询效率。static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;//链表长度过长时，会有一个阈值，超过这个阈值8就会转化为红黑树static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8;//当红黑树上的元素个数，减少到6个时，就退化为链表static final int UNTREEIFY_THRESHOLD = 6;//链表转化为红黑树，除了有阈值的限制，还有另外一个限制，需要数组容量至少达到64，才会树化。//这是为了避免，数组扩容和树化阈值之间的冲突。static final int MIN_TREEIFY_CAPACITY = 64;

HashMap基本操作源码分析

put(k,v)方法解析

 //put方法首先调用一个hash方法，计算出k的hash值//将k的hash值,key,value传进来public V put(K key, V value) {return putVal(hash(key), key, value, false, true);}//这里onlyIfAbsent如果为true，表明不能修改已经存在的值，因此我们传入falsefinal V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,boolean evict) {Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, i;//判断table是否为空，如果空的话，会先调用resize扩容if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)n = (tab = resize()).length;//根据当前key的hash值找到它在数组中的下标，判断当前下标位置是否已经存在元素，//若没有，则把key、value包装成Node节点，直接添加到此位置。//[i = (n - 1) & hash]相当于取模运算的位运算形式if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)tab[i] = newNode(hash, key, value, null);else {//如果当前位置已经有元素了(产生了哈希碰撞)，分为三种情况。Node<K,V> e; K k;//1.当前位置元素的hash值等于传过来的hash，并且他们的key值也相等，//则把p赋值给e，后续需要做值的覆盖处理if (p.hash == hash &&((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))e = p;//2.如果当前是红黑树结构，则把它加入到红黑树 else if (p instanceof TreeNode)e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);//3.此位置已存在元素，并且是普通链表结构，则采用尾插法，把新节点加入到链表尾部else {for (int binCount = 0; ; ++binCount) {//如果头结点的下一个节点为空，则插入新节点if ((e = p.next) == null) {p.next = newNode(hash, key, value, null);//如果在插入的过程中，链表长度超过了8，则转化为红黑树if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1sttreeifyBin(tab, hash);//插入成功之后，跳出循环到nextbreak;}//若在链表中找到了相同key的话，直接退出循环，跳转到nextif (e.hash == hash &&((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))break;p = e;}}// next// 此时新值要覆盖旧值if (e != null) { V oldValue = e.value;//用新值替换旧值，并返回旧值。if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)e.value = value;afterNodeAccess(e);return oldValue;}}++modCount;//如果当前数组中的元素个数超过阈值，则扩容if (++size > threshold)resize();afterNodeInsertion(evict);return null;}

hash()函数解析

先判断key是否为空，若为空则返回0。这也说明了hashMap是支持key传 null 的。若非空，则先计算key的hashCode值，赋值给h，然后把h右移16位，并与原来的h进行异或处理。

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

Q: 为什么要用h>>>16，并和h异或这种方法计算hash值？
A: 这样做相当于把高16位值和当前h的低16位进行了混合，这样可以尽量保留高16位的特征，从而降低哈希碰撞的概率。

get(k)方法解析

public V get(Object key) {Node<K,V> e;//如果节点为空，则返回null，否则返回节点的value。这也说明，hashMap是支持value为null的。return (e = getNode(hash(key), key)) == null ? null : e.value;}//final Node<K,V> getNode(int hash, Object key) {Node<K,V>[] tab; Node<K,V> first, e; int n; K k;//首先要确保数组不能为空，然后取到当前hash值计算出来的下标位置的第一个元素if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 &&(first = tab[(n - 1) & hash]) != null) {//若hash值和key都相等，直接返回if (first.hash == hash && ((k = first.key) == key || (key != null && key.equals(k))))return first;//如果不是的话，就遍历当前链表（或红黑树）if ((e = first.next) != null) { //如果是红黑树结构，则找到当前key所在的节点位置if (first instanceof TreeNode)return ((TreeNode<K,V>)first).getTreeNode(hash, key);//如果是普通链表，则向后遍历查找，直到找到或者遍历到链表末尾为止。do {if (e.hash == hash &&((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))return e;} while ((e = e.next) != null);}}//都没找到，返回nullreturn null;}

HashMap与HashTable的区别

HashMap允许空值作为键和值，而哈希表不允许空。
HashMap是非同步的，而Hashtable是同步的(Synchronized同步锁实现)，这意味着哈希表线程安全，可以在多个线程之间共享，但是HashMap如果没有适当的同步，就不能在多个线程之间共享。
由于线程安全性和同步性，如果在单线程环境中使用，Hashtable比HashMap慢得多。不需要同步，并且HashMap仅由一个线程使用，那么它的性能将优于Java中的Hashtable。

ConcurrentHashMap与Hansmap的区别

HashMap是线程不安全的，因此为了解决线程安全问题，提出了两个类：HashTable和CurrentHashMap。
HashTable相关操作都是对方法加synchronized的大锁，效率比较低。ConcurrentHashMap避免了对全局加锁改成了局部加锁操作，这样就极大地提高了并发环境下的操作速度。

jdk1.7

在JDK1.7中ConcurrentHashMap采用了数组+Segment+分段锁的方式实现。ConcurrentHashMap中的分段锁称为Segment，它即类似于HashMap的结构，即内部拥有一个Entry数组，数组中的每个元素又是一个链表,同时又是一个ReentrantLock（Segment继承了ReentrantLock）。
ConcurrentHashMap使用分段锁技术，将数据分成一段一段的存储，然后给每一段数据配一把锁，当一个线程占用锁访问其中一个段数据的时候，其他段的数据也能被其他线程访问，能够实现真正的并发访问。
ConcurrentHashMap定位一个元素的过程需要进行两次Hash操作。Hash的过程要比普通的HashMap要长。

jdk1.8

在JDK1.8中ConcurrentHashMap，数据结构上，首先整体上是数组+链表+红黑树的结构与HashMap保持一致，其次取消了Segment分段锁的数据结构，取而代之的是Node，Node的value和next都是由volatile关键字进行修饰，可以保证可见性。将细化的粒度从段进一步降低到节点。线程安全实现上，采用CAS+Synchronized替代Segment分段锁。

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