HashMap详解

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HashMap底层数据结构？

• 底层：数组+链表 大概结构如图：

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• 能说得再详细一点吗？

  1.在jdk1.7中，HashMap的主干由一个一个的Entry数组组成,源码：

  /**
       * An empty table instance to share when the table is not inflated.
       */
      static final Entry<?,?>[] EMPTY_TABLE = {};
      /**
       * The table, resized as necessary. Length MUST Always be a power of two.
       */
      transient Entry<K,V>[] table = (Entry<K,V>[]) EMPTY_TABLE;
  

  static class Entry<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
          final K key;
          V value;
          Entry<K,V> next;
          int hash;
  
          /**
           * Creates new entry.
           */
          Entry(int h, K k, V v, Entry<K,V> n) {
              value = v;
              next = n;
              key = k;
              hash = h;
          }
      
      	...... //后面的省略
  }
  

  2.jdk1.8中，HashMap主干由名叫Node的数组组成，源码：

  transient Node<K,V>[] table;
  

  static class Node<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
          final int hash;
          final K key;
          V value;
          Node<K,V> next;
  
          Node(int hash, K key, V value, Node<K,V> next) {
              this.hash = hash;
              this.key = key;
              this.value = value;
              this.next = next;
          }
      	.... //略
  }
  

  以及一些其他的默认属性：

  static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; // 默认数组长度2^4=16
  static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30; // 最大数组容量2^30
  static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f; // 默认负载因子
  static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8; // 链表转红黑树的阈值
  static final int UNTREEIFY_THRESHOLD = 6; // 扩容时红黑树转链表的阈值
  

说说put方法的具体？

• put的实现原理

在每次put数据的时候，会调用HashMap的hashCode计算key的hash值，然后执行：

n = tab.length //n就是数组的长度
index = (n - 1) & hash

计算出的index，就是HashMap数组的下标索引，然后添加进去，但是在添加的的时候还会做检查：

​ 1.检查到这个位置没有数据，则直接添加。

​ 2.检查到这个位置有数据，则还需要再做一次判断：

​ （1）调用equals方法判断这两个key是不是一样：

​ 如果是同一个key，那么就对之前的value进行覆盖，如果不同，则添加在后面，这样就会形成链表。（这是jdk1.8以后的尾插法，之前都是在头部插入，有什么区别呢？后续~~），

注：可能会有小伙伴会有疑问，为什么两个不同的key值会计算出相同的索引？？

这就是所谓的hash冲突，即便内容不同，但是很有可能计算出来的hashCode值一样。

jdk1.7和jdk1.8put的区别是什么？

• jdk1.7中使用的是 “头部插入法”，即当有新的元素加入到链表中的时候，是加在链表头部。然而，从jdk1.8以后，都修改了，执行“尾部插入法”，即插在链表的末尾。

• 为什么要把“头部插入法”修改为“尾部插入法”呢？

  也许有点小伙伴会觉得，这也没啥讲究的，可能人家心情不好就随手给改了~~~~然鹅，这里面大有文章！！！！

  我们知道，HashMap是会动态扩容的，扩容的影响因素有两个：

  • Capacity：HashMap当前长度。
  • LoadFactor：负载因子，默认值0.75f。
  • 官方源码说明：

  The next size value at which to resize (capacity * load factor).
  

  如果不指定长度，一开始的capacity默认值是16（为什么是16呢？后续），当添加了：

   newThr = (int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY);
  //即阈值 = 16*0.75=12
  

  当添加了12个数据，在添加第13个的时候，就会进行扩容，而且扩容为原来的两倍！！（扩容细节后续~~~）

• 这个扩容和尾插法有什么关系呢？？

  举个例子，现在往一个容量大小为2的HashMap中put两个值，负载因子是0.75，则在put第二个的时候就会进行resize！

  现在我们用多个线程插入三个键值对：A = 1 ，B = 2，C = 3 ；如果我们在 resize 执行之前打一个断点，这样就会出现数据已经添加了但是还没来得及扩容，此时 A 是指向 B 的：

  ​

  ​ 而resize的机制是，使用单链表的头插入方法，同一位置上的新元素总会被放到链表的头部，而在扩容之前数组中同一条Entry链上的元素，会被重新计算，然后放到不同的位置上，如果这时候刚好把 B 放到了A原来的位置，如图：

  

  ​ 此时的情况是，B 居然指向了 A ？？？还记得没有扩容之前吗？是 A 指向 B ！！

  ​ 由于是多线程同时操作，当所有线程都执行完毕以后，就可能会出现这样的情况：

  ​

  ​ 此时居然出现了环状的链表结构，如果这个时候去取值，就会出错——InfiniteLoop（死循环）。

• 结论：

  使用头插会改变链表的上的顺序，但是如果使用尾插，在扩容时会保持链表元素原本的顺序，就不会出现链表成环的问题了。

  Java7在多线程操作HashMap时可能引起死循环，原因是扩容转移后前后链表顺序倒置，在转移过程中修改了原来链表中节点的引用关系。

  Java8在同样的前提下并不会引起死循环，原因是扩容转移后前后链表顺序不变，保持之前节点的引用关系。

说说resize时，扩容是怎么实现的？

（1）扩容：新建一个Entry空数组，长度是原来的两倍。

（2）ReHash ：遍历原来的Entry数组，把所有的数据重新Hash到新的数组。

• 为什么要重新Hash呢，直接复制过去不是更快捷方便吗？

  因为扩容以后的数组长度变了，index = HashCode（Key） & （Length - 1），扩容后的length和之前不一样了，之前是16，现在是32，重新Hash算出来的index值肯定也不一样，而且重新计算后，会使元素更加均匀的分布在HashMap表中，如果直接复制的话，那么数据肯定都堆在一起了。

为什么HashMap初始化时默认容量是16？为什么要是2的n次幂？

static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; // aka 16 ，

有几方面的原因：

• 根据上述官方的定义可知，16 = 2^4，也就是提醒我们这个数最好设置为 2 的N次幂。

• 在计算index的时候：index = (n - 1) & hash，n就是数组的长度，这里就是16，而

  16-1 = 15 ，15的二进制数为：1111，假设hash值为：01011101100011，则：

  	 01011101100011
  	 &		  1111
  ---------------------	
     index:      0011
  

  可以看出，15的二进制全都是1，假设默认值是8，则8-1=7 ，7的二进制是 111，再假设默认值是32,

  32-1 = 31 ，31的二进制 11111。可以发现这样的规律，所有2的n次幂的数减一的二进制所有位都是1。

  这样一来，在计算index的时候，就只和hashCode的最后几位有关，这样可以极大的提高效率。

  而至于为什么非要用 16 而不用8或者32，官方也没有具体说明，所以这个应该只是一个经验数字，除了他满足是2的幂以外，不大也不小，刚好合适，能满足日常大部分需求。

• index计算的时候，为什么要用位运算&呢？

  主要是效率问题，位运算(&)效率要比代替取模运算(%)高很多，主要原因是位运算直接对内存数据进行操作，不需要转成十进制，因此处理速度非常快。在jdk1.8之前的index计算就是用的取模运算：%.

为什么加载因子是0.75f?

​ 加载因子太大的话，也就是说需要尽可能的把HashMap表填满了才进行扩容，那这样会使得hash冲突的 概率增大，但是如果加载因子太小，那只用了很小一部分空间就要开始扩容，使得空间利用率很低。那怎 么办平衡hash碰撞和空间利用率这个问题，这就是问题的关键！！

​ 根据官方源码的注释可以看到：

threshold of 0.75, although with a large variance because of
     * resizing granularity. Ignoring variance, the expected
     * occurrences of list size k are (exp(-0.5) * pow(0.5, k) /
     * factorial(k)). The first values are:
     *
     * 0:    0.60653066
     * 1:    0.30326533
     * 2:    0.07581633
     * 3:    0.01263606
     * 4:    0.00157952
     * 5:    0.00015795
     * 6:    0.00001316
     * 7:    0.00000094
     * 8:    0.00000006
     * more: less than 1 in ten million

大概意思就是说，在理想情况下,使用随机哈希码,节点出现的频率在hash桶中遵循泊松分布，同时给出了桶中元素个数和概率的对照表。从上面的表中可以看到当桶中元素到达8个的时候，概率已经变得非常小，也就是说用0.75作为加载因子，每个碰撞位置的链表长度超过８个的概率达到了一百万分之一。

即加载因子为0.75，同一个桶中出现8个元素然后转化为红黑树的概率为100万分之一。

HashMap的主要构造器都有哪些？

• HashMap()：构建一个初始容量为 16，负载因子为 0.75 的 HashMap
• HashMap(int initialCapacity)：构建一个初始容量为 initialCapacity，负载因子为 0.75 的 HashMap
• HashMap(int initialCapacity, float loadFactor)：以指定初始容量、指定的负载因子创建一个 HashMap。

HashMap的主要属性参数：

static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; // 默认数组长度2^4=16
static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30; // 最大数组容量2^30
static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f; // 默认负载因子
static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8; // 链表转红黑树的阈值
static final int UNTREEIFY_THRESHOLD = 6; // 扩容时红黑树转链表的阈值

最后：

​ 限于笔者水平有限，难免有些不足或错漏之处，欢迎各位大佬批评指出，不胜感激~~
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