Map（HashMap）性能分析
1.基础概念
定义：Map是一个集合，一种依照键（key）存储元素的容器，键（key）很像下标，在List中下标是整数。在Map中键（key）可以是任意类型的对象。Map中不能有重复的键（Key），每个键（key）都有一个对应的值（value）。
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Map中的元素是两个对象，一个对象作为键，一个对象作为值。即：一个键（key）和它对应的值（value）构成map集合中的一个元素。
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键不可以重复，但是值可以重复。
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Map本身是一个接口，要使用Map需要通过子类进行对象实例化。
在Map接口中有如下常用方法：
测试代码：
public static void main(String[] args) {
Map<Integer, String> map = new HashMap<>();
map.put(1, "A");
map.put(1, "A+");
map.put(2, "B");
map.put(3, "C");
System.out.println(map);
System.out.println(map.get(2)); //根据key取得value
System.out.println(map.get(10)); //找不到返回null
//取得Map中所有key信息
Set<Integer> set = map.keySet();
Iterator<Integer> iterator = set.iterator();
while(iterator.hasNext()) {
System.out.println(iterator.next());
}
}
注意：
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key值不允许重复，如果重复，则会把对应value值更新；
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key和value都允许为null，key为null有且只有一个。
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HashMap原理：在数据量小的(JDK1.8后阈值为8)时候，HashMap是按照链表的模式存储的；当数据量变大之后，为了进行快速查找，会将这个链表变为红黑树(均衡二叉树)来进行保存，用hash来进行查找。（https://m.php.cn/article/419725.html）
Map接口的常用子类有如下四个：HashMap、HashTable、TreeMap、ConcurrentHashMap。
Map相关的集合都是为查找而生的，根据一个关键字(key)找到相关的数据(Value)，根据key找value，HashMap是天下第一快!
2.HashMap性能分析
HashMap是map的最常用实现类，具有极佳的查询性能，根据key找到value特别快。
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根据序号找数据：使用Array、ArrayList
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根据key找到数据：使用Map
性能测试: 创建3个HashMap, 分别添加10000、100000、1000000 组数据，添加时候，保留其中的一个key 测试，3个集合中找到这个key对应的数据，分别查询该key获取对应数据需要的时间.
测试代码：
package list;
import java.util.HashMap;
import java.util.UUID;
/**
* 测试HashMap查询性能
*/
public class Demo07 {
public static void main(String[] args) {
HashMap<String,Integer> map1 = new HashMap<>();
HashMap<String,Integer> map2 = new HashMap<>();
HashMap<String,Integer> map3 = new HashMap<>();
String key = null;//3个集合中都有的key
for (int i = 0; i < 1000000; i++) {
String uuid = UUID.randomUUID().toString();//保证key唯一
if (i==9999)
key = uuid;//作为共有的key
if(i<10000){
map1.put(uuid,i);
}
if(i<100000){
map2.put(uuid,i);
}
map3.put(uuid,i);
}
long t1 = System.nanoTime();
Integer value1 = map1.get(key);
long t2 = System.nanoTime();
Integer value2 = map2.get(key);
long t3 = System.nanoTime();
Integer value3 = map3.get(key);
long t4 = System.nanoTime();
System.out.println("map1.get("+key+")="+value1+",耗时："+(t2-t1));
System.out.println("map2.get("+key+")="+value2+",耗时："+(t3-t2));
System.out.println("map3.get("+key+")="+value3+",耗时："+(t4-t3));
}
}
输出结果：
map1.get(05ea1c58-5781-4554-a849-f19ebbfce38e)=9999,耗时：606782 注意：里面包含了创建变量的时间，本质上三个map时间相当
map2.get(05ea1c58-5781-4554-a849-f19ebbfce38e)=9999,耗时：1642
map3.get(05ea1c58-5781-4554-a849-f19ebbfce38e)=9999,耗时：821
结论:
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HashMap查询性能和存储的数据量无关
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每次查询数据都非常快，查询速度和数组中根据下标找到数据的性能相当!（HashMap底层仍是数组）
何时使用: 凡是需要进行查找的时候，尽量使用HashMap(尽量不用for：循环8次以内速度比较快，之后变慢)
3.HashMap原理分析
概要的说: HashMap内部利用了数组下标找到数据特别快的特点，将数据存储到数组中，查找时根据key快速计算出数组下标位置，直接找到数据。
利用Debug分析HashMap的结构:
其中：
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table可以查看插入元素的详细信息：插入元素在数组中的下标、hash、key、value、next（正常情况下为null，该下标位置存储多个元素时，变成散列桶（以单向链表形式存储），此时发生散列冲突，不再为null）
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entrySet：存储键值对形式的集合
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size：元素个数
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modCount
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threshold：阈值，HashMap初始长度为16，当元素个数超过阈值12（16*0.75=12）进行扩容，依次为16的倍数，32、64、128、...
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loadFactor：载荷系数，默认为0.75
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keySet：存储键值形式的集合
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values：存储值形式的集合
总结：
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添加：根据key的hashCode()（内含散列算法）快速计算出数下标位置，将数据存储到散列数组中。
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查找：根据key的hashCode()快速计算出数组下标位置，进而利用下标找到数据（速度特别快）。
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散列冲突：根据key的hashCode()计算的数组下标位置发生冲突（重复）
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散列桶：Java 8以前采用单向链表存储冲突的数据。查找时，当key的散列值发生冲突时，利用循环，顺序利用equals比较每个元素，找到元素，找不到返回null
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Java 8以后为了优化散列桶性能，当散列桶中链表长度超过8个元素的时候，将链表转化为红黑树（二叉树），以提高查询性能；当元素个数少于6个的时候，会退化为链表。
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避免散列冲突：当散列表中元素的数量和数组大小的比值大于0.75（loadFactor）时，进行数组扩容，重新散列，扩容后就可以扩展数组下标范围，避免散列冲突。
4.关于hashCode方法
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hashCode() ：Java为了支持散列表算法，在Object类上定义的一个方法，此方法的用途就为HashMap计算散列值。
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hashCode() 方法的默认值, 是Java自动分配的串号，不是内存地址，也不是对象地址；
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hashCode() 方法建议：在重写equals方法的时候，要一起重写hashCode()
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当两个对象equals 比较相等的时候， 它们的hashCode()必须一样
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当两个对象equals 比较不等的时候，它们的hashCode()尽可能不同
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如果不遵守上述规则，HashMap将出现各种奇葩故障!
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开发工具都提供了非常方便的重写equals/hashCdoe方法的工具
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HashMap 是非线程安全的Map集合, 不适合多线程并发使用!
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老式线程安全
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HashTable 是线程安全的Map集合（整体上锁）
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Collections.synchronizedMap() 可以将HashMap包装为线程安全的集合
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HashTable 和 Collections.synchronizedMap() 都是将所有方法进行同步处理, 并发访问会互斥, 性能慢！
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ConcurrentHashMap, 提供细粒度的锁（上多个锁）, 保证线程安全的情况下,提高了并发访问性能.（Concurrent: 并发）
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多线程并发访问的本地缓存，应该使用ConcurrentHashMap
