HashMap源碼解析

對於HashMap,若是是java程序員，那麼定然不會陌生，對於HashMap，應該說是最經常使用的一種Map結構了，一樣在面試當中也會屢屢被提問到，常見的幾種題目：

• HashMap的默認容量？
• HashMap是如何擴容的？
• HashMap的數組大小爲何必定是2的冪？
• HashMap爲何是線程不安全的？
• Java7到Java8作了哪些改進？爲何？

由於重要，因此我也就學習源碼，而且將學習心得記錄下來，與你們一塊兒學習。

首先 再看HashMap以前，咱們來簡單回顧一下哈希表

哈希表是由一些基於哈希值的桶和鏈表所構成的。哈希桶就是能夠快速檢索的數據結構，舉個例子 若是要尋找電話本的人的聯繫方式，咱們能夠利用拼音的首字母快速定位到這個聯繫人，存放這些字母的就叫哈希桶。本質上，哈希桶就是 將一個元素映射成一個能夠快速檢索的哈希值。

哈希桶加上數組就構成了哈希表，數組的好處是隨機尋址的速度與長度無關，時間複雜度是O(1)，可是哈希表最大的缺點是會發生碰撞，若是多個元素的哈希值是相同的，那麼咱們就說哈希值發生了碰撞，爲了解決這個問題，咱們將數組換成了鏈表，找到哈希值時，經過哈希桶裏能夠精確的找到所要查找的元素。平均差找時間都是O（1）。在java世界中，咱們用來表達哈希表的數據結構就是HashMap。

哈希桶的實現是由hashcode實現的int hashcode 底下有對象：object1,object2....

 

咱們先來看java7的HashMap。

經典的數據結構：數組加鏈表。

經過查看源碼 咱們能夠知曉HashMap的默認容量爲你16，若是改變負載因子 而且將初始值設爲17 結果會怎麼樣麼？再次點開源碼，咱們會發現他會向上取整爲2的冪也就是變成了32.以後咱們能夠看到負載因子是0.75.

這裏有一個問題，就是桶的初始化容量是16個，而咱們的HashCode值是-2^31~2^31-1，42億個數。那麼咱們怎麼從任意一個int變成0~n-1。聰明的你確定想到了取餘這個想法，可是在這個方法有兩個缺點：

• 負數取模仍是負數，因此咱們須要把負數變爲正數
• 速率較慢

那麼咱們點開源碼發現，爲了尋找要插入的元素的索引值，作了一個鬼畜的操做：hash&（length-1）,作這樣一個位運算，那麼這操做正好能夠解釋爲何咱們須要輸進去的HashMap的初始容量是2的冪，咱們能夠看出hash&（2^n-1），最後的下標就是Hashmap對應的2^n-1的個數下標，之因此把容量定爲2的冪，就是由於讓2^n-1位運算時拿到的值所有是1，這樣作與運算就能夠快速找到下標而且分佈仍是均勻的（妙啊）。

解釋完這個問題 ，咱們來看看是怎麼擴容的，根據源碼，我麼能夠看到，當所須要的容量超過原始容量*負載因子（0.75）時，就須要進行擴容，擴容的大小是以前的兩倍。而在擴容的過程當中就包含了一個rehash的操做。那麼在擴容的時候，會進行transfer也就是將以前的數據進行遷移的操做，遍歷全部的元素，而且從新計算哈希值，找到在新表裏的索引，把它放進去。這是一個巨坑！！！爲了不高位不一樣，低位相同，進行了高位與低位的異或操做。

在Java7中的HashMap會有不少問題：

1. 會碰到死鎖
2. CVE-2011-1858  TOMCAT郵件組的討論

對於死鎖問題，其實多數是程序員本身的問題，由於HashMap自己就不是線程安全的，當在多個線程中使用hashmap的時候，就必須給他加入同步的環境.

對於TOMCAT郵件組的討論，是說一個安全問題，若是咱們的多個元素映射成同一個哈希值時，會把哈希表退化成一個鏈表，而鏈表的查詢的時間複雜度的o（n），那麼這個查詢速度是很可怕的，若是是被黑客利用精心構造的成千上萬個元素，具備一樣的哈希值，就能夠引發Dos攻擊，針對這個問題，sun公司提供了一個小補丁，就是若是檢查到元素是String的話那麼就該用另一種不一樣於默認的hash算法來去避免潛在的危險。

此時，針對於這兩個問題，咱們迎來了Java8以後的HashMap

Java8對於以前的HashMap以前作了哪些改進呢？

• 由以前數組/鏈表--->數組/紅黑樹
• 擴容時插入順序的改進
• 函數方法

• foreach
• compute系列

• Map的新API

• merge
• replace

在Java8的源碼中，爲何變成樹的閾值是8？咱們能夠看到對於紅黑樹的容量服從參數爲0.5的泊松分佈，大於8的桶中的容量是10萬分之一，不易發生碰撞。

在進行put操做時，若是超過閾值，就把桶變爲紅黑樹，若是沒超過，仍是用鏈表來實現。

在進行擴容操做時，掌握了java7時的操做，咱們能夠想到，擴容爲二倍，要麼索引值和以前同樣，要麼就是最高位是在以前索引值的基礎上再加一個一，就至關因而把原先的變成了兩個鏈表，一個是高位的鏈表，一個是低位的鏈表，在把它賦值給新的桶中去。從而緩解了死鎖問題（生成環的問題）。