HashMap（JDK1.9）详解

一、HashMap的概念。

1、HashMap类的继承实现关系如下：因此HashMap的功能有：可序列化、可克隆等功能。

2、HashMap的数据结构：数组+链表+红黑树。

3、键值对的存储方案：第一，无冲突时，则存储在数组；第二，有冲突时，且链表长度小于8，则存放在单链表；第三，有冲突时，且链表长度大于8，则存放在红黑树。

二、HashMap中的内部类。

1、数组元素和单链表节点的数据类型是Node类，而红黑树的节点类是TreeNode类。

三、HashMap中的成员变量。

1、容量（capacity），代表该HashMap的数组大小。DEFAULT_INITIAL_CAPACITY表示数组的默认容量，值为16；MAXIMUM_CAPACITY表示容量最大值，值为2的30次方。

2、加载因子（loadFactor），表示数组的使用率。loadFactor表示实际的加载因子；DEFAULT_LOAD_FACTOR表示默认加载因子，值为0.75。

3、扩容阀值（threshold），表示当哈希表的大小大于该扩容阀值时，就会进行扩容，即调用resize方法。扩容阀值 = 实际容量 × 实际加载因子。

4、键值对数量（size），表示实际存储的键值对大小。

5、哈希表（table），代表实际存储的数组。最重要了。

6、树化阀值（TREEIFY_THRESHOLD），表示桶的树化阀值，大小为8，即单链表转换成红黑树的阀值。当单链表长度大于该值8时才会转换。

7、链表还原阀值（UNTREEIFY_THRESHOLD），表示红黑树转换为单链表结构。

8、最小树形化容量阈值（MIN_TREEIFY_CAPACITY）。即当哈希表中的容量 > 该值时，才允许树形化链表（即将链表转换成红黑树），否则，若桶内元素太多时，则直接扩容，而不是树形化 // 为了避免进行扩容、树形化选择的冲突，这个值不能小于 4 * TREEIFY_THRESHOLD。转化红黑树的table容量最小容量64（JDK8定义的是64），至少是4*TREEIFY_THRESHOLD（单链表节点个数阀值，用以判断是否需要树形化）=32。用以避免在扩容和树形结构化的阀值可能产生的冲突。所以如果小于64必须要扩容。如果在创建HashMap实例时没有给定capacity、loadFactor则默认值分别是16和0.75。
当好多bin被映射到同一个桶时，如果这个桶中bin的数量小于TREEIFY_THRESHOLD当然不会转化成树形结构存储；如果这个桶中bin的数量大于了 TREEIFY_THRESHOLD ，但是capacity小于MIN_TREEIFY_CAPACITY 则依然使用单链表结构进行存储，此时会对HashMap进行扩容；如果capacity大于了MIN_TREEIFY_CAPACITY ，则会进行树化。

public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor)

四、HashMap的成员方法。

1、构造方法1。指定容量和加载因子。public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor)。先处理入参，后初始化成员变量：加载因子loadFactor和扩容阀值threshold。注意：这里用到了tableSizeFor函数。

2、构造方法2：指定容量。public HashMap(int initialCapacity)。并使用默认加载因子0.75。

3、构造方法3：使用默认容量16和默认加载因子0.75。public HashMap()。

4、构造方法3：public HashMap(Map<? extends K, ? extends V> m)

5、tableSizeFor函数。该函数功能是返回一个比给定整数大且最接近的2的幂次方整数int类型，如给定10，返回2的4次方16。该算法实在精巧。

首先，为什么要对cap做减1操作。int n = cap - 1; 这是为了防止，cap已经是2的幂。如果cap已经是2的幂，又没有执行这个减1操作，则执行完后面的几条无符号右移操作之后，返回的capacity将是这个cap的2倍。

其次，n与n的无符号右移之后再进行位或运算。当n = 0时，其无符号右移操作后还是为0，然后与0进行或运算，结果为0。

当n为一个正整数时，那么由于n不等于0，则n的二进制表示中总会有一位为1，这时考虑最高位的1。通过无符号右移1位，则将最高位的1右移了1位，再做或操作，使得n的二进制表示中与最高位的1紧邻的右边一位也为1，比如n = 0...1XXXXXX，进行后移之后为00...1XXXXX，然后两者进行或运算之后为：00...11XXXXX。即这是 n |= n >>> 1这句表达的含义。最高位和次高位都为1。（2位1）

进行：n |= n >>> 2的作用，则是将上述结果变为：0...1111XXX。由于经过前面一次操作将最高位和次高位都为1，再右移动两位后再或操作，结果是：最高位和最高位后面的三位都是1，即：0...1111XXX。（4位1）

进行：n |= n >>> 4的作用，则是将上述结果变成：0...1111111。（7位1）。

进行：n |= n >>> 8的作用，则是将上述结果变成：0...1111111。（7位1）。

进行：n |= n >>> 16的作用，则是将上述结果变成：0...1111111。（7位1）。

因此分别进行1位、2位、4位、8位、16位无符号右移再或运算，逐步将最高为的1及后面的所有位数都变成1，结果就是将类似0...1XXX ... XXXX的树变成0...1111 ... 1111。即最大能达到32位1。

最后判断n的值：负数/最大值/正常值+1。

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6、hash函数。先获取键对象的hashCode，即哈希码，然后将该哈希码与该哈希码无符号右移16位相异或。因为一个int整数无符号右移16位后，高16位全部为0，低16位被高16位替换。那么相与操作时，因为该哈希码的高16位与0异或就是本身，因此该哈希码的高16位运算之后不会改变，这里运用了一个数与0异或后不会改变的性质。而低16位的结果则是该哈希码的低16位与该哈希码的高16位进行异或运算。这就搅动了低16位的hashCode值。

（1）为何不直接使用key的hashCode码作为存储数组table的下标索引？因为key的hashCode码是int型的32位数值，即约有40亿个不同值，如果让其直接作为数组下标索引而不会出现下标索引越界，那么数组下标的范围就必须达到最大值，即2的30次方，然而这会耗费巨大的空间，正常程序是不会需要这么大的空间的，同时设备也不一定能提供这么大的空间。即需要解决hashCode码与数组大小的匹配关系。

（2）为什么在计算数组下标前需要扰动处理？因为实际上只能根据数组长度length的大小来截取hash码的低length - 1位来作为数组下标的索引？如果直接截取hashcode的低位作为数组下标的索引，那么导致冲突的概率较大，因此使用高16位来扰动低16位将会使hash码值分布更加具有均匀性，数组下标位置更加具有随机性。

（3）为什么采用hash码与运算（数组长度 - 1）？因为，经过前面两步获取到了key的hashCode值，其中高16位不变，而低16位是经过高16位与原低16位进行异或运算的扰动结果，但是还是32位，而数组长度不会那么大，因此需要解决数组下标索引与hash值之间的匹配问题。又因为数组长度length是2的N次方。所以length-1就是低位全部是1，高位全部是0。比如length= 0000 1000 0000，那么length-1就是：0000 0111 1111，那么将length-1与hash值进行与运算来截取hash值的低位作为数组下标索引值。这里运用了与运算来截取位的性质。