必懂知識——HashMap的實現原理

HashMap的底層數據結構

• 1.7以前是：數組+鏈表
  數組的元素是Map.Entiry對象
  當出現哈希碰撞的時候，使用鏈表解決，
  先計算出key對應的數組的下標，這個數組的這個位置上爲空，直接放入，
  若是不爲空並且出現哈希碰撞，就把元素添加到鏈表的頭部的，
  new Entry(key,value,table[i]);這樣這個Entry就是鏈表的頭部了，而後放到數組的index位置上。

• 1.8是：數組+鏈表+紅黑樹
  數組的元素是Map.Node對象繼承Map.Entry包含屬性有：
  當前node對象的hash值，
  當前node對象的key,
  當前node對象的下一個節點對象next,
  當前node對象的value

• 1.8爲何使用數組+鏈表+紅黑樹？
  由於若是一個hashmap在同一個數組位置上出現hash碰撞過多，那麼這個鏈表的長度會很長，
  插入塊，可是查詢由於使用的遍歷因此會比較慢。

HashMap的大體結構

HashMap的關鍵屬性有哪些？

• 數組的默認大小16
• 數組的最大爲2的30次方
• 擴容因子0.75
• threshold
• 當前數組的大小

初始大小或者擴容的數組大小爲何必定是2的次冪？

由於計算key的下標的時候使用的是：key的hashcode值 &(按位與) 數組的長度-1 ,
固定爲2的次冪能保證碰撞概率小。

怎麼經過key計算獲得數組的下標的？

key的hashcode值 & 數組的長度-1 ；
& (與運算)

hashMap的大小是怎麼計算的？

• 有一個全局變量size，每次put的時候++，remove的時候--；

HashMap中Put方法的工做原理

• 獲取key的hashCode()值，經過位運算獲得數組的下標。
• 若是該位置上爲空直接放入該數組的下標位置。
• 若是不爲空出現了碰撞，去遍歷鏈表或者樹，利用key的equal()方法是否存在相同的節點，若是相同就覆蓋，不相同就放到鏈表的尾部。
• 若是碰撞致使鏈表過長，長度大於等於8，就把鏈表轉換成紅黑樹；
• 若是數組的容量超過了總容量*負載因子的值，就要resize。

HashMap中Get方法的工做原理

bucket裏的第一個節點，直接命中；
若是有衝突，則經過key.equals(k)去查找對應的entry
若爲樹，則在樹中經過key.equals(k)查找，O(logn)；
若爲鏈表，則在鏈表中經過key.equals(k)查找，O(n)。

什麼是哈希衝突？

哈希表在新增元素的時候首先會根據hash函數算出這個元素存放的數組的位置，
可是，有可能存在不一樣的key值獲得相同的數組位置(兩個元素的HashCode值相同)，這個時候就是哈希衝突。

HashMap怎麼處理哈希衝突（哈希碰撞的）

動態數組+鏈表（單向）的方式。

若是某個位置上的鏈表很長，會影響檢索，JDK1.8引入了當鏈表的長度大於8的時候會將鏈表動態替換爲一個紅黑樹，增長了搜索性能。
等於說由：數組+鏈表

變成了數組+鏈表+紅黑樹

HashMap中的數組何時擴容（rehash）

當HashMapde的長度超出了負載因子與當前容量的乘積（默認16*0.75=12）時，
經過調用resize方法從新建立一個原來HashMap大小的2倍的newTable數組，
並將原先table的元素所有移到newTable裏面，從新計算hash，而後再從新根據hash分配位置，，最大擴容爲2的30次方+1。
負載因子默認是：0.75

你瞭解從新調整HashMap大小存在什麼問題嗎

多線程環境下，有可能多個線程同時進行resize，在這過程當中，可能產生死鎖或者死循環。
具體緣由不清楚。

多線程下的HashMap

HashMap是線程不安全的,因此在多線程的環境中咱們須要尋找替代方案：

• 使用Map m = Collections.synchronizedMap(new HashMap(...));實現同步
• 使用java.util.HashTable，效率最低（由於全部的方法都是同步的，幾乎被淘汰了）
• 使用java.util.concurrent.ConcurrentHashMap，相對安全，效率高（建議使用）

Fail-Fast 機制

Fail-fast 機制是 java 集合(Collection)中的一種錯誤機制，
java.util.HashMap 不是線程安全的，若是在使用迭代器的過程當中有其餘線程修改了 map，
那麼將拋出 ConcurrentModificationException，這就是所謂 fail-fast 策略
這一策略在源碼中的實現是經過 modCount 也就是修改次數實現的。

與之關聯的面試題：
遇到過ConcurrentModficationException（併發修改異常）異常嗎？爲何會出現？如何解決？

HashMap和Hashtable的區別

• 主要區別：Hashtable是線程安全，而HashMap則非線程安全。
• HashMap可使用null做爲key，而Hashtable則不容許null做爲key
• HashMap的迭代器(Iterator)是fail-fast迭代器，而Hashtable的enumerator迭代器不是fail-fast的
  就是當有其它線程改變了HashMap的結構（增長或者移除元素），將會拋出ConcurrentModificationException
• 因爲Hashtable是線程安全的也是synchronized，因此在單線程環境下它比HashMap要慢

資源

小灰灰的講解

一文搞定HashMap的實現原理和麪試

HashMap工做原理及實現