十个问题带你了解和掌握java HashMap
十个问题带你了解和掌握java HashMap
一、前言
本篇内容是源于 “ 由阿里巴巴Java开发规约HashMap条目引发的故事”，并在此基础上加了自己的对HashMap更多的思考认识和整理。并且作为一名java开发工程师，应该是要了解和掌握的这些知识！
- 在《阿里巴巴java开发规约中》提到：
【推荐】集合初始化时，指定集合初始值大小。
说明：HashMap使用如下构造方法进行初始化，如果暂时无法确定集合大小，那么指定默认值（16）即可！
在进行本篇的阅读之前，首先请你花三分钟时间，思考面关于HashMap的十个问题，带着问题去阅读内容效果更好！
问题如下：
1.HashMap 是什么，实现原理？
2.HashMap 默认bucket（桶）数组多大？（上面已经给出），最大容量是多少？
3.如果new HashMap<>(19)，bucket数组多大？
4.HashMap 什么时候开辟bucket数组占用内存？
5.HashMap 何时扩容？
6.为什么String, Interger这样的包装类类适合作为HashMap的key（键）呢？
7.如果用自定义对象当做hashmap的key进行存储要注意什么？
8.当两个对象的hashcode相同会发生什么（如何解决hash冲突）？如果两个键的hashcode相同，你如何获取值对象？
9.HashMap 和 ConcurrentHashMap的区别？
10.jdk1.7和jdk1.8中HashMap的实现有哪些区别？
二：HashMap相关知识的整理和简单介绍
HashMap是基于哈希表的Map实现的，一个Key对应一个Value，允许使用null键和null值,不保证映射的顺序，特别是它不保证该顺序恒久不变！是非线程安全的的。
其中 “不保证映射的顺序，特别是它不保证该顺序恒久不变” 如何理解？
当哈希表中的条目数超出了当前容量与负载因子的乘积（ Capacity * LoadFactor）时的时候，哈希表进行rehash操作（即重建内部数据结构），此时映射顺序可能会被打乱！
1.HashMap 是什么，实现原理？
HashMap是一个存储key和value的集合，一个key对应一个value，实现原理是使用hash算法通过对key进行hash后存储哈希表（也称为哈希数组）中，哈希表（哈希数组）的每个元素都是一个单链表的头节点，链表是用来解决冲突的，如果不同的key映射到了数组的同一位置处，就将其放入单链表中。
如果容量不足（超过了阀值）时，同样会自动增长
看下图（jDK1.7）：
其中哈希表（哈希数组）和 单链表的节点元素
2.HashMap 默认bucket（桶）数组多大？（上面已经给出），最大容量是多少？
// 默认的初始容量（容量为HashMap中槽的数目）是16，且实际容量必须是2的整数次幂。
static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; // aka 16 Capacity
// 默认加载因子为0.75
static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f; LoadFactor
public HashMap() {
this(DEFAULT_INITIAL_CAPACITY, DEFAULT_LOAD_FACTOR);
}
// 最大容量（必须是2的幂且小于2的30次方，传入容量过大将被这个值替换）
static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;
总结： 默认值初始值为16，最大值2 的30次方。
3.如果new HashMap<>(19)，bucket数组多大？
HashMap 的 bucket 数组大小一定是2的幂，如果 new 的时候指定了容量且不是2的幂，
实际容量会是最接近(大于)指定容量的2的幂，比如 new HashMap<>(19)，比19大且最接近的2的幂是32，实际容量就是32。
//jdk1.7
private void inflateTable(int toSize) {
// Find a power of 2 >= toSize, 2的幂 >= toSize
int capacity = roundUpToPowerOf2(toSize); //计算一定为2的幂
threshold = (int) Math.min(capacity * loadFactor, MAXIMUM_CAPACITY + 1);
table = new Entry[capacity];
initHashSeedAsNeeded(capacity);
}
4.HashMap 什么时候开辟bucket数组占用内存？
HashMap 在 new 后并不会立即分配bucket数组，而是第一次 put 时初始化**使用resize() 函数进行分配。（类似 ArrayList 在第一次 add 时分配空间）
5.HashMap 何时扩容？
数据 put 后，如果数据量超过threshold( Capacity * LoadFactor )，就要resize!
//jdk1.7
void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
//每次加入键值对时，都要判断当前已用的size是否大于等于threshold(阀值)，如果大于等于，则进行扩容，将容量扩为原来容量的2倍。
if ((size >= threshold) && (null != table[bucketIndex])) {
resize(2 * table.length);
hash = (null != key) ? hash(key) : 0;
bucketIndex = indexFor(hash, table.length);
}
createEntry(hash, key, value, bucketIndex);
}
resize()方法进行扩容，扩容是一个相当耗时的操作，因为它需要重新计算这些元素在新的数组中的位置并进行复制处理。（具体可以看源码，jdk1.8进行相应的优化）
在用HashMap的时，如果能提前预估下HashMap中元素的个数，这样有助于提高HashMap的性能。
6.为什么String, Interger这样的包装类类适合作为HashMap的key（键）呢？
String, Interger这样的wrapper类作为HashMap的键是再适合不过了，而且String最为常用。因为String是不可变的，也是final的，而且已经重写了equals()和hashCode()方法了。
其他的wrapper类也有这个特点。不可变性是必要的，因为为了要计算hashCode()，就要防止键值改变，如果键值在放入时和获取时返回不同的hashcode的话，那么就不能从HashMap中找到你想要的对象。不可变性还有其他的优点如线程安全。
如果你可以仅仅通过将某个field声明成final就能保证hashCode是不变的，那么请这么做吧。因为获取对象的时候要用到equals()和hashCode()方法，那么键对象正确的重写这两个方法是非常重要的。
如果两个不相等的对象返回不同的hashcode的话，那么碰撞的几率就会小些，这样就能提高HashMap的性能。
7.如果用自定义对象当做hashmap的key进行存储要注意什么？
这是问题6的延伸。如果一个自定义对象做为key，一定要注意对象的不可变性，否则可能导致存入Map中的数据无法取出，造成内存泄漏！
（1）.要注意这个对象是否为可变对象。
（2）.一定要重写hashcode方法和equals方法，因为在HashMap的源代码里面，是先比较HashCode是否相等，同时要满足引用相等或者equals相等。
8.当两个对象的hashcode相同会发生什么（如何解决hash冲突）？如果两个键的hashcode相同，你如何获取值对象？
两个对象hashcode相同，它们在的哈希bucket中找到了相同位置，会发生“碰撞”。因为HashMap使用链表存储对象，这个Entry(包含有键值对的Map.Entry对象)会存储在链表中。可以参考问题1中的图！
当我们调用get()方法，HashMap会使用key的hashcode找到bucket位置，然后发现两个对象存储在一个哈希bucket中，找到bucket位置之后，会调用key.equals()方法去找到链表中正确的节点，最终找到要找的值对象。
9.HashMap 和 ConcurrentHashMap的区别？
说简单点就是HashMap是线程不安全的，单线程情况下使用；而ConcurrentHashMap是线程安全的，多线程使用！
可以使用 Collections.synchronizedMap(new HashMap<String, Integer>());将HashMap封装成线程安全的，其内部实现原理是使用了关键字synchronized。
10.jdk1.7和jdk1.8中HashMap的实现有哪些区别？
jdk1.7和jdk1.8的区别还是很多，下面介绍两个！
（1）：存储结构
如图（jDK1.8）
jdk1.7 ：static class Entry<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
jdk1.8 ：static class Node<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
jdk7内部使用使用Entry<K,V>而jdk1.8内部使用Node<K,V>，都是实现Map.Entry<K,V> ，最主要的区别就是列表长度大于8时转为红黑树！
在JDK1.7版本中.不管负载因子和Hash算法设计的再合理，也免不了会出现拉链（单链表）过长的情况，一旦出现拉链（单链表）过长，会严重影响HashMap的性能。
在JDK1.8版本中，对数据结构做了进一步的优化，引入了红黑树。而当链表长度太长（默认超过8）时，链表就转换为红黑树，利用红黑树快速增删改查的特点提高HashMap的性能，其中会用到红黑树的插入、删除、查找等算法。本文不再对红黑树展开讨论，
想了解更多红黑树数据结构的工作原理可以参考 红黑树数据结构的工作原理
总结：
JDK7 中的 HashMap 采用数组+链表的结构来存储数据。
JDK8 中的 HashMap 采用数组+链表或红黑树的结构来存储数据。
（2）：一些操作方法的优化如resize
resize()用来第一次初始化，或者 put 之后数据超过了threshold（Capacity * LoadFactor）后扩容，这里具体不贴代码了，大概说明一下！
jdk1.7 直接扩容两倍，table.length * 2; 源码中使用resize(2 * table.length);
jdk1.8 优化数组下标计算： index = (table.length - 1) & hash ，由于 table.length 也就是capacity 肯定是2的N次方，使用 & 位运算意味着只是多了最高位， 这样就不用重新计算 index，元素要么在原位置，要么在原位置+ oldCapacity
如果上面内容哪里有问题欢迎指出！或者你对上面的内容有自己的认识和理解也欢迎评论，希望互相沟通，共同成长！谢谢！
三：参考的博文
由阿里巴巴Java开发规约HashMap条目引发的故事
java集合系列——Map之HashMap介绍（八）
HashMap的工作原理
http://blog.csdn.net/ns_code/article/details/36034955
Java8系列之重新认识HashMap
四：更多知识学习
最后在推广一个我整理的java知识点，目录如下！有兴趣的可以点击阅读阅读一下！
java的线程安全、单例模式、JVM内存结构等知识学习和整理
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