HashMap底层实现原理解析
前言
HashMap是Java中最常用的集合类框架，也是Java语言中非常典型的数据结构，同时也是我们需要掌握的数据结构，更重要的是进大厂面试必问之一。
图片有出入：数组特点
存储区间是连续，且占用内存严重，空间复杂也很大，时间复杂为O（1）。
优点：是随机读取效率很高，原因数组是连续（随机访问性强，查找速度快）。
缺点：插入和删除数据效率低，因插入数据，这个位置后面的数据在内存中要往后移的，且大小固定不易动态扩展。
链表特点
区间离散，占用内存宽松，空间复杂度小，时间复杂度O(N)。
优点：插入删除速度快，内存利用率高，没有大小固定，扩展灵活。
缺点：不能随机查找，每次都是从第一个开始遍历（查询效率低）。
哈希表特点
以上数组和链表，大家都知道各自优缺点。那么我们能不能把以上两种结合一起使用，从而实现查询效率高和插入删除效率也高的数据结构呢？答案是可以滴，那就是哈希表可以满足，接下来我们一起复习HashMap中的put()和get()方法实现原理。
HashMap的put()和get()的实现
1、map.put(k,v)实现原理
第一步首先将k,v封装到Node对象当中（节点）。
第二步它的底层会调用K的hashCode()方法得出hash值。
第三步通过哈希表函数/哈希算法，将hash值转换成数组的下标，下标位置上如果没有任何元素，就把Node添加到这个位置上。如果说下标对应的位置上有链表。此时，就会拿着k和链表上每个节点的k进行equals。如果所有的equals方法返回都是false，那么这个新的节点将被添加到链表的末尾。如其中有一个equals返回了true，那么这个节点的value将会被覆盖。
2、map.get(k)实现原理
第一步：先调用k的hashCode()方法得出哈希值，并通过哈希算法转换成数组的下标。
第二步：通过上一步哈希算法转换成数组的下标之后，在通过数组下标快速定位到某个位置上。重点理解如果这个位置上什么都没有，则返回null。如果这个位置上有单向链表，那么它就会拿着参数K和单向链表上的每一个节点的K进行equals，如果所有equals方法都返回false，则get方法返回null。如果其中一个节点的K和参数K进行equals返回true，那么此时该节点的value就是我们要找的value了，get方法最终返回这个要找的value。
3、为何随机增删、查询效率都很高的原因是？
原因：增删是在链表上完成的，而查询只需扫描部分，则效率高。
HashMap集合的key，会先后调用两个方法，hashCode and equals方法，这这两个方法都需要重写。
4、为什么放在hashMap集合key部分的元素需要重写equals方法？
因为equals默认比较是两个对象内存地址
HashMap集合的key特点：
5、HashMap总结
无序，不可重复为什么是无序的？因为不一定挂到哪一个单向链表上的，因此加入顺序和取出也不一样。怎么保持不可重复？使用equals方法来保证HashMap集合key不可重复，如key重复来，value就会覆盖。存放在HashMap集合key部分的元素，其实就是存放在HashSet集合中，则HashSet集合也需要重写equals和hashCode方法。hashmap集合的默认初始化容量为16，默认加载因子为0.75，也就是说这个默认加载因子是当hashMap集合底层数组的容量达到75%时，数组就开始扩容。hashmap集合初始化容量是2的陪数，为了达到散列均匀，提高hashmap集合的存取效率，
6、注意JDK8之后
JDK8之后，如果哈希表单向链表中元素超过8个，那么单向链表这种数据结构会变成红黑树数据结构。当红黑树上的节点数量小于6个，会重新把红黑树变成单向链表数据结构。
问题：
如果O1和O2的hash值相同，就会存放到同一个单向链表上，
如果不同，但由于哈希算法执行结束之后转换的数组下标可能相同，此时会发上“哈希碰撞”。
7、高频面试题
HashMap的工作原理是什么？
HashMap中的“死锁”是怎么回事？
HashMap中能put两个相同key吗？为什么？
HashMap中的键值可以为null吗？原理？
HashMap扩容机制？
为了能让 HashMap 存取高效，尽量较少碰撞，也就是要尽量把数据分配均匀。我们上面也讲到了过了，Hash 值的范围值-2147483648到2147483648，前后加起来大概40亿的映射空间，只要哈希函数映射得比较均匀松散，一般应用是很难出现碰撞的。但问题是一个40亿长度的数组，内存是放不下的。所以这个散列值是不能直接拿来用的。用之前还要先做对数组的长度取模运算，得到的余数才能用来要存放的位置也就是对应的数组下标。这个数组下标的计算方法是“ (n - 1) & hash ”。（n代表数组长度）。这也就解释了 HashMap 的长度为什么是2的幂次方。
这个算法应该如何设计呢？
我们首先可能会想到采用%取余的操作来实现。但是，重点来了：“取余(%)操作中如果除数是2的幂次则等价于与其除数减一的与(&)操作（也就是说 hash%length==hash&(length-1)的前提是 length 是2的 n 次方；）。” 并且 采用二进制位操作 &，相对于%能够提高运算效率，这就解释了 HashMap 的长度为什么是2的幂次方。
HashMap 多线程操作导致死循环问题（多线程和高并发会导致死循环）
在多线程下，进行 put 操作会导致 HashMap 死循环，原因在于 HashMap 的扩容 resize()方法。由于扩容是新建一个数组，复制原数据到数组。由于数组下标挂有链表，所以需要复制链表，但是多线程操作有可能导致环形链表。复制链表过程如下:
以下模拟2个线程同时扩容。假设，当前 HashMap 的空间为2（临界值为1），hashcode 分别为 0 和 1，在散列地址 0 处有元素 A 和 B，这时候要添加元素 C，C 经过 hash 运算，得到散列地址为 1，这时候由于超过了临界值，空间不够，需要调用 resize 方法进行扩容，那么在多线程条件下，会出现条件竞争，模拟过程如下：
线程一：读取到当前的 HashMap 情况，在准备扩容时，线程二介入
线程二：读取 HashMap，进行扩容
线程一：继续执行
这个过程为，先将 A 复制到新的 hash 表中，然后接着复制 B 到链头（A 的前边：B.next=A），本来 B.next=null，到此也就结束了（跟线程二一样的过程），但是，由于线程二扩容的原因，将 B.next=A，所以，这里继续复制A，让 A.next=B，由此，环形链表出现：B.next=A; A.next=B
注意：jdk1.8已经解决了死循环的问题。
如果你看过 HashSet 源码的话就应该知道：HashSet 底层就是基于 HashMap 实现的。（HashSet 的源码非常非常少，因为除了 clone() 方法、writeObject()方法、readObject()方法是 HashSet 自己不得不实现之外，其他方法都是直接调用 HashMap 中的方法。）
1,currentHashMap的介绍
currentHashMap是线程安全并且高效的一种容器,我们就需要研究一下currentHashMap为什么既能够保证线程安全,又可以保证高效的操作
currentHashMap使用的原因
为什么使用currentHashMap,这时候我们就需要和HashMap以及HashTable进行比较
HashMap线程不安全的原因?
在多线程的情况下,HashMap的操作会引起死循环,导致CPU的占有量达到100%,所以在并发的情况下,我们不会使用HashMap.
至于为什么会引起死循环,大概是因为HashMap的Entry链表会形成链式的结构,一旦形成了Entry的链式结构,链表中的next指针就会一直不为空,这样就会导致死循环
不使用HashTable的原因?
其中使用synchronize来保证线程安全,即当有一个线程拥有锁的时候,其他的线程都会进入阻塞或者轮询状态,这样会使得效率越来越低
使用currentHashMap的锁分段技术可以有效的提高并发访问率
HashTable访问效率低下的原因,就是因为所有的线程在竞争同一把锁.如果容器中有多把锁,不同的锁锁定不同的位置,这样线程间就不会存在锁的竞争,这样就可以有效的提高并发访问效率,这就是currentHashMap所使用的锁分段技术
将数据一段一段的存储,然后为每一段都配一把锁,当一个线程只是占用其中的一个数据段时,其他段的数据也能被其他线程访问
2,currentHashMap的结构
currentHashMap是由Segment和HashEntry组成的.Segment是一种可重入的锁(Reentranlock),Segment在其中扮演锁的角色;HashEntry用于存储数据.一个CurrentHashMap包括一个Segment数组.一个Segment元素包括一个HashEntry数组,HashEntry是一种链表型的结构,每一个Segment维护着HashEntry数组中的元素,当要对HashEntry中的数据进行修改的时候,我们必须先要获得与它对应的Segment
HashMap:
最后用一张图来表来说明一下ConcurrentHashMap吧：【源码与说明】
ConcurrentHashMap 和 Hashtable 的区别主要体现在实现线程安全的方式上不同。
底层数据结构： JDK1.7的 ConcurrentHashMap 底层采用 分段的数组+链表 实现，JDK1.8 采用的数据结构跟HashMap1.8的结构一样，数组+链表/红黑二叉树。Hashtable 和 JDK1.8 之前的 HashMap 的底层数据结构类似都是采用 数组+链表 的形式，数组是 HashMap 的主体，链表则是主要为了解决哈希冲突而存在的；
实现线程安全的方式（重要）： ① 在JDK1.7的时候，ConcurrentHashMap（分段锁） 对整个桶数组进行了分割分段(Segment)，每一把锁只锁容器其中一部分数据，多线程访问容器里不同数据段的数据，就不会存在锁竞争，提高并发访问率。（默认分配16个Segment，比Hashtable效率提高16倍。） 到了 JDK1.8 的时候已经摒弃了Segment的概念，而是直接用 Node 数组+链表+红黑树的数据结构来实现，并发控制使用 synchronized 和 CAS 来操作。（JDK1.6以后 对 synchronized锁做了很多优化） 整个看起来就像是优化过且线程安全的 HashMap，虽然在JDK1.8中还能看到 Segment 的数据结构，但是已经简化了属性，只是为了兼容旧版本；② Hashtable(同一把锁) :使用 synchronized 来保证线程安全，效率非常低下。当一个线程访问同步方法时，其他线程也访问同步方法，可能会进入阻塞或轮询状态，如使用 put 添加元素，另一个线程不能使用 put 添加元素，也不能使用 get，竞争会越来越激烈效率越低。
HashTable性能差主要是由于所有操作需要竞争同一把锁，而如果容器中有多把锁，每一把锁锁一段数据，这样在多线程访问时不同段的数据时，就不会存在锁竞争了，这样便可以有效地提高并发效率。这就是ConcurrentHashMap所采用的"分段锁"思想。
ConcurrentHashMap源码分析
ConcurrentHashMap采用了非常精妙的"分段锁"策略，ConcurrentHashMap的主干是个Segment数组。
final Segment<K,V>[] segments;
Segment继承了ReentrantLock，所以它就是一种可重入锁（ReentrantLock)。在ConcurrentHashMap，一个Segment就是一个子哈希表，Segment里维护了一个HashEntry数组，并发环境下，对于不同Segment的数据进行操作是不用考虑锁竞争的。（就按默认的ConcurrentLeve为16来讲，理论上就允许16个线程并发执行，有木有很酷）
所以，对于同一个Segment的操作才需考虑线程同步，不同的Segment则无需考虑。
To：https://www.jianshu.com/p/ef84c1aa53f3
http://baijiahao.baidu.com/s?id=1665667572592680093&wfr=spider&for=pc
