Java HashMap的工做原理 及各類Map區別

1、Java HashMap的工做原理

jdk1.7下HashMap數據結構：數組加鏈表，鏈表長度沒有8的限制；

jdk1.8 HashMap數據結構：數組+鏈表+紅黑樹；鏈表超過8會轉存爲紅黑樹；

1.jdk1.8 中HashMap的put工做原理：

1）、對key作null檢查。若是key是null，會被存儲到table[0]，由於null的hash值老是0。

2）、判斷當前桶是否爲空，空的就須要初始化（resize 中會判斷是否進行初始化）

給定的默認容量爲 16，負載因子爲 0.75。Map 在使用過程當中不斷的往裏面存放數據，當數量達到了 16 * 0.75 = 12 就須要將當前 16 的容量進行擴容，而擴容這個過程涉及到 rehash、複製數據等操做，因此很是消耗性能。

3）、獲取key的hashCode值（能夠理解爲內存地址位置，如：3254239），並對該32位hashCode值進行高低16位的異或運算；獲得hash值（如：3812）；(key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);

4）、將獲取到的hash值進行一個求模運算（至關於3812%16），獲得該key對應的索引位置；if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)；該位置確定不會超過16位；

5）、根據當前 key 的 hashcode 定位到具體的桶中並判斷是否爲空，爲空代表沒有 Hash 衝突就直接在當前位置建立一個新桶便可。

6）、若是當前桶有值（ Hash 衝突），那麼就要比較當前桶中的 key、key 的 hashcode 與寫入的 key 是否相等，相等就賦值給 e,在第 8 步的時候會統一進行賦值及返回。

7）、若是當前桶爲紅黑樹，那就要按照紅黑樹的方式寫入數據。

8）、若是是個鏈表，就須要將當前的 key、value 封裝成一個新節點寫入到當前桶的後面（造成鏈表）。

9）、接着判斷當前鏈表的大小是否大於預設的閾值，大於時就要轉換爲紅黑樹。

10）、若是在遍歷過程當中找到 key 相同時直接退出遍歷。

11）、若是 e != null 就至關於存在相同的 key,那就須要將值覆蓋。

12）、最後判斷是否須要進行擴容。

2.jdk1.8 中HashMap的get工做原理：
1）、計算hash部分跟put相同；

2）、首先將 key hash 以後取得所定位的桶。

3）、若是桶爲空則直接返回 null 。

4）、不然判斷桶的第一個位置(有多是鏈表、紅黑樹)的 key 是否爲查詢的 key，是就直接返回 value。

5）、若是第一個不匹配，則判斷它的下一個是紅黑樹仍是鏈表。

6）、紅黑樹就按照樹的查找方式返回值。

7）、否則就按照鏈表的方式遍歷匹配返回值。

問題1：HashMap爲什麼要進行hash計算？hash函數是怎麼運算的？

儘可能讓node落點分佈均勻，減小碰撞的一個機率，若是碰撞機率高了，就勢必致使數組下標下的鏈表長度太長；

運算方式：將獲取到的32位hash值，分紅高16位和低16位，再將高16位移到低16位進行異或運算； 

32位：3254239,經過異或運算後，3812，

table[3812]越界，再作個求模運算3812%16=，必定不會超過16位；hash%n===(n-1)&hash,速度快，效率高；
問題2：數組擴容，2倍擴容；爲何是2的N次冪；就是由於hash算法這(n-1)&hash；要符合這算法；必須是這樣；

resize()方法中的擴容：newThr = oldThr << 1; // double threshold

問題3：可是 HashMap 原有的問題也都存在，好比在併發場景下使用時容易出現死循環。

HashMap 擴容的時候會調用 resize() 方法，就是這裏的併發操做容易在一個桶上造成環形鏈表；這樣當獲取一個不存在的 key 時，計算出的 index 正好是環形鏈表的下標就會出現死循環。

 

2、Hashtable、LinkedHashMap、TreeMap、SortedMap、WeakHashMap、IdentityHashMap、ConcurrentHashMap的區別:
(1) HashMap與HashTable的區別：
a.Hashtable中的對象是線程安全的。而HashMap則是異步的，所以HashMap中的對象並非線程安全的。由於同步的要求會影響執行的效率，因此若是你不須要線程安全的集合那麼使用

HashMap是一個很好的選擇，這樣能夠避免因爲同步帶來的沒必要要的性能開銷，從而提升效率。
b.值：HashMap可讓你將空值做爲一個表的條目的key或value，可是Hashtable是不能放入空值的。HashMap最多隻有一個key值爲null，但能夠有無數多個value值爲null。
注意：
一、用做key的對象必須實現hashCode和equals方法。
二、不能保證其中的鍵值對的順序
三、儘可能不要使用可變對象做爲它們的key值。
(2) LinkedHashMap：
     它的父類是HashMap，使用雙向鏈表來維護鍵值對的次序，迭代順序與鍵值對的插入順序保持一致。LinkedHashMap須要維護元素的插入順序，插入性能略低於HashMap，但在迭代訪問元

素時有很好的性能，由於它是以鏈表來維護內部順序。
(3) TreeMap和SortedMap:
Map接口派生了一個SortMap子接口，SortMap的實現類爲TreeMap。TreeMap也是基於紅黑樹對全部的key進行排序，有兩種排序方式：天然排序和定製排序。HashMap一般比TreeMap快一點(樹

和哈希表的數據結構使然)，建議多使用HashMap，在須要排序的Map時候才用TreeMap。
(4) WeakHashMap：
 WeakHashMap與HashMap的用法基本相同，區別在於：後者的key保留對象的強引用，即只要HashMap對象不被銷燬，其對象全部key所引用的對象不會被垃圾回收;WeakHashMap適合短期內就過時的緩存時最好使用weakHashMap，它包含了一個自動調用的方法expungeStaleEntries，這樣就會在值被引用後直接執行這個隱含的方法，將不用的鍵清除掉。
(5) IdentityHashMap類：
IdentityHashMap與HashMap基本類似，只是當兩個key嚴格相等時，即key1==key2時，它才認爲兩個key是相等的 。IdentityHashMap也容許使用null，但不保證鍵值對之間的順序。
(6) EnumMap類：
一、EnumMap中全部key都必須是單個枚舉類的枚舉值，建立EnumMap時必須顯示或隱式指定它對應的枚舉類。
二、EnumMap根據key的天然順序，即枚舉值在枚舉類中定義的順序，來維護鍵值對的次序。
三、EnumMap不容許使用null做爲key值，但value能夠。
(7) ConcurrentHashMap：
1.ConcurrentHashMap對整個桶數組進行了分段，而HashMap則沒有
2.ConcurrentHashMap在每個分段上都用鎖進行保護，從而讓鎖的粒度更精細一些，併發性能更好，而HashMap沒有鎖機制，不是線程安全的。

ConcurrentHashMap如何進行擴容的？

當往hashMap中成功插入一個key/value節點時,有可能觸發擴容動做:

一、若是新增節點以後，所在鏈表的元素個數達到了閾值 8，則會調用treeifyBin方法把鏈表轉換成紅黑樹，不過在結構轉換以前，會對數組長度進行判斷

若是數組長度n小於閾值MIN_TREEIFY_CAPACITY，默認是64，則會調用tryPresize方法把數組長度擴大到原來的兩倍，並觸發transfer方法，從新調整節點的位置。

二、新增節點以後,會調用addCount方法記錄元素個數,並檢查是否須要進行擴容,當數組元素個數達到閾值時,會觸發transfer方法,從新調整節點的位置。

3、紅黑樹的理解？ 紅黑樹是一種自平衡二叉查找樹，紅黑樹是一種頗有意思的平衡檢索樹；每次插入的時候都要進行計算，保證二叉樹的平衡；若是有2的N次方數據量級，查詢的時候只須要查詢N次便可。 咱們對任何有效的紅黑樹加以以下增補要求:         1.節點是紅色或黑色。         2.根是黑色。         3.全部葉子（外部節點）都是黑色。         4.每一個紅色節點的兩個子節點都是黑色。(從每一個葉子到根的全部路徑上不能有兩個連續的紅色節點)         5.從每一個葉子到根的全部路徑都包含相同數目的黑色節點。  這些約束強制了紅黑樹的關鍵屬性: 從根到葉子的最長的可能路徑很少於最短的可能路徑的兩倍長。結果是這個樹大體上是平衡的。