Java Map讲解

Java Map讲解

Map是Java中的一个接口，常见的实现类有HashMap、LinkedHashMap、TreeMap和ConcurrentHashMap。

各个Map的实现结构

哈希表：数组+链表

HashMap：数组+链表/红黑树

LinkedHashMap：数组+链表+双向链表

TreeMap：红黑树

ConcurrentHashMap：数组+链表/红黑树

HashMap

HashMap有几个构造方法，但最主要的就是指定初始值大小以及负载因子的大小。

默认HashMap的大小为16，负载因子的大小为0.75，且HashMap的大小只能是2次幂。

假设你设置HashMap的初始大小为10，实际上最终HashMap的大小是16；你设置HashMap的初始大小为7，实际上最终HashMap的大小是8。

负载因子的作用

负载因子的大小决定着哈希表的扩容和哈希冲突。比如默认的HashMap大小为16，负载因子为0.75，这意味着数组最多只能放12个元素，一旦超过12个元素，则哈希表需要扩容。怎么算出是12呢？很简单，就是16*0.75。每次put元素进去的时候，都会检查HashMap的大小有没有超过这个阈值，如果超过了，则扩容。

为什么HashMap的大小是2次幂呢？

因为当把一个元素放进HashMap的时候，需要算出这个元素所在的位置（hash），在HashMap里用的位运算来代替取模，位运算能够更加高效的算出该元素所在的位置，而只有HashMap的大小是2次幂时，才能合理的使用位运算。

鉴于HashMap的大小只能是2次幂，所以HashMap扩容的时候都是默认扩展到原来的两倍。另外，扩容操作肯定是需要耗时的，那能不能把负载因子调高一点让HashMap晚点扩容呢，就比如我把负载因子调到1，那么会等到HashMap中有16个元素的时候才扩容，这样是可以的，但是不推荐。负载因子调高了，这意味着哈希冲突的概率会增加，哈希冲突的概率高了，同样耗时，因为查找的速度变慢了。

put元素时，传递的Key怎么计算哈希值的？

先计算出正常的hash值，然后与高16位做异或运算，产生最终的哈希值。这样做的好处是增加了随机性，减少了hash碰撞冲突的可能性。

put和get方法的实现

put的时候，首先对key做hash运算，计算出该key所在的index。如果没碰撞，直接放到数组中，如果碰撞了，需要判断目前数据结构是链表还是红黑树，根据不同情况来进行插入。假设key是相同的，则替换原来的值。最后判断哈希表是否满了，如果满了，则扩容。

get的时候，还是对key做hash运算，计算出该key所在的index，然后判断是否有hash冲突，假设没有冲突直接返回，有冲突则判断当前数据结构是链表还是红黑树，从对应的结构中取出。

什么情况下会用到红黑树？

当数组的大小大于64且链表的大小大于8的时候才会将链表改为红黑树，当红黑树大小为6时，会退化为链表。这里红黑树退化为链表的操作主要出于查询和插入时对性能的考量。

LinkedHashMap

使用场景不多，实际上它继承了HashMap，在HashMap的基础上维护了一个双向链表。有了这个双向链表，我们的插入可以是有序的，这里的有序不是指大小有序，而是插入有序。

LinkedHashMap在遍历的时候实际用的是双向链表来遍历的，所以LinkedHashMap的大小不会影响到遍历的性能。

TreeMap

TreeMap的key不能为null，TreeMap有序是通过Comparator来进行比较的，如果对象没有实现comparator方法，那就使用自然排序。

ConcurrentHashMap

HashMap不是线程安全的，在多线程环境下，有可能会有数据丢失或者获取不到最新数据的情况。

我们想要线程安全，一般使用ConcurrentHashMap，它是线程安全的，且能支持高并发的访问和更新。

ConcurrentHashMap通过给部分加锁和CAS算法来实现同步，在get的时候没有加锁，Node用了volatile来修饰。在扩容时，会给每个线程分配对应的区间，并且为了防止putVal导致数据不一致，会给线程所负责的区间加索。

线程安全的Map实现类还有一个叫HashTable，也可以使用Collections来包装出一个线程安全的Map。但无论是HashTable还是Collections包装出来的map都比较低效（因为是直接在最外层套synchronize），所以一般有线程安全问题考量的，都使用ConcurrentHashMap。

JDK7和JDK8 HashMap的区别

JDK7时，HashMap扩容时是头插法，数据结构是数组+链表

JDK8 时，HashMap扩容时是尾插法，数据结构是数组+链表/红黑树