HashMap的一些总结，有不足的，不对的地方，欢迎讨论，共同进步。

1.1、HashMap简介

HashMap是基于哈希算法的Map接口的实现，是线性不安全的，用于存储键值队，可以允许键值对中的KEY值和Value值为空。JDK1.7HashMap底层是由数组加链表构成的，到了JDK1.8底层由数组+链表+红黑树组成，红黑树的引入是为了解决Hash冲突导致的数据链化严重，导致查询效率不高，链表的时间复杂度为O(n)。

1.2、Hash算法

Hash函数又叫散列算法，其的思想就是在保证输入的消息或数据的唯一性时将其压缩为摘要，以固定长度输出，即将任意长度的输入转化为固定长度的输出，或者hash算法再使用过程中会产生hash冲突，即不同的输入得到的Hash值是相同的，hash冲突是不可避免的，我们只能通过一系列的条件去减少hash冲突的产生。

1.2.1、一个优秀的hash函数具有哪些性质：

①、是一个单向操作、即不能通过输出值逆推出原文

②、Hash碰撞少

③、正向快速、给出原文要在有限的时间有限数的资源计算出其hash值

④、输入敏感、原始数据即使只有细微的修改其hash只也大有不同 

1.2.2、hashmap中的hash应用

 

Hashmap的hash方法是通过二次加工得到的，通过hashcode异或自己的高16位得到的，这样处理就是为了将高16位的影响带入到低16位，因为，在HashMap中并不是直接用hashcode作为数组的索引，如下图所示，最终数组的索引是hash值&数组的长度减1，即真正有作用的就hash值的后几位（具体几位由当前数组的长度决定）；本来hashcode的散列度是十分高的，但是只取后几位就会大大增加hash冲突，例如有两个hashcode   EEEEEEEE33与FFFFFFFF33,在只取后8个字节是他们的hash值是相同的，经过hashmap将高位于低位&，这样就得到了22和33就不再产生冲突了。

 

Hashmap有三种构造方法，无参构造、单参构造和双参构造，这里只讲一下双参数的构造方法，第一个参数为数组初始容量，默认为16，第二个为负载因子，默认为0.75，调用构造方法时并不会新建数组，数组的建立是在putval方法里面。

 

数组初始容量有一个自修订的一个函数，用来修正数组容量不为2的n次方，如下代码的思想就是将输入值中嵌套的0全部变为1，具体的得自己一步一步试一下才能体会到这个思路的精妙。

 

1.3.1、为什么规定数组的size要是2的N次方？

首先我们得从位运算的角度取考虑这个问题，以16来举例：16的二进制形式为10000，比16小的二进制的可能有16种，为（0000，1111），这代表囊括了hashcode的后四个bit的所有可能，这样就会减少hash碰撞的几率，举个例子，假设我分别设定数组的size一个为16，一个为10，现给出两个hashcode 15 和 9，则通过计算size为16的数组的索引分别是15和9，而size为10的数组索引则为 9、9，产生了hash碰撞。

1.4、Hashmap的结构

1.4.1、hashmap的Node结点

以键值对的形式保存，只有一个next指针，指向后面插入的数据

 

1.4.2、treenode

包含了父节点，左孩子右孩子以即原先node的链表关系，即在红黑树的内部保存了链式关系，只是查询的时候不会用到，一般用在删除，插入。

 

1.2、Hashmap的put方法

hashmap的put方法里面会建立数组，数组的size由构造方法决定，默认为16和0.75;

数组的索引也是在put方法计算得来的，即hash值&size-1，此时插入操作有四种情况：

第一：当数组对应的桶位为null时，此时该桶位还没有被占用，直接放就好 

第二：当数组对应的桶位不为null，如果此时的key值相等，直接就是一个replace操作；

第三：当数组对应桶位不为null，并且此时当前key值不相等，则采用后插法构成链表形式

第四：如果此时已经构成了链表，并且当此时链表长度大于等于8的时候，会判断此时数组的size是不是大于等于64，如果是则，链表转换为红黑树，如果否，就扩容数组不进行树化操作。

1.5.1为什么设定链表长度大于8的时候再进行树化？

JDK1.8引入红黑树就是嫌链表查询速度慢，就是想节省时间，但是将链表进行树化需要一定的时间。红黑树的一个结点占用的资源是链表的两倍，Java权衡了这两者之间的时间空间的关系。并且开发者发现，在负载因子为0.75时，要想达到链表长度为8的几率其实特别小，不容易树化。如下文所示。

1.5.2 Hashmap的扩容机制 

当链表长度大于8并且数组长度小于64时，以及当插入的数量大于阈值时会触发扩容机制，将原先的数组长度增大两倍，此时也有几种情况：

第一种：当老数组桶位中没有数据时，即为null时，此时新数组对应桶位也为null；

第二种：当此时老数组桶位中的数据没有树化也没有链化时，此时即会重新计算哈希表的索引

 

其中e.hash保存的是调用hashcode得到的值而不是老数组的哈希索引值，此时数组的长度增加了两倍，所以得重新计算。

第三种：当此时桶位得数组已经链化和树化时，此时扩容方式比较特殊，以链表来讲就是通过将链表拆分为两个链表，高位链表和低位链表。

 

它判断是hashcode值的第log (oldcap)位的状态，是0就放到低位链表中，1则放到高位链表中。判断完全之后，低位表的索引直接时继承老数组的索引位置，即原先在老表是4新表的索引也是4。高位表的下标则是老表下标加上老表表长，即老表表长位16，索引为4在新表的索引就是4+16 =22；

红黑树的扩容是和链表一样，树节点仍然保留了next字段，我们在查询的时候next字段不起作用，但是在增加以及删除时next字段就会起作用，此时也是通过高低位去拆分为为高低位链，在将链表进行判断，如果此时表长小于等于6时，红黑树就会退化为一个新的链表。

1.3、红黑树简介

 

红黑树比较复杂，这里只简单提一下，（write by 飘啊飘飘啊飘）红黑树是一颗自平衡的二叉查找树，前人在树的基础上提出了平衡树的概念，但是又发觉一颗平衡树的维护成本比较高，条件比较苛刻，在有些时候并没有达到人们预想的效果，因此诞生了红黑树。推荐大家一个视频，讲的非常好，作者讲解了从2-3-4树演化红黑树的思路：

https://www.bilibili.com/video/BV135411h7wJ?from=search&seid=16324446913516753135

1.6.1、红黑树的性质：

①、由红色结点与黑色结点构成

②、根节点为黑色

③、所有的叶节点为黑色

④、每个红色结点必须有2个黑色子节点

⑤、从叶子结点到根结点路径上含有的黑色结点数目相同