学习目标

1、hash冲突的解决办法有哪几种

2、HashTable、hashmap、CHM三者之间的区别

3、HashMap的默认长度是多少？默认扩容因子是多少？

4、HashMap它是怎么解决hash冲突的

5、HashMap为什么扩容是2的幂次方

6、谈一下HashMap中put是如何实现的？

7、谈一下hashMap中什么时候需要进行扩容，扩容resize()又是如何实现的？

8、谈一下hashMap中get是如何实现的？

9、为什么是16？为什么必须是2的幂？如果输入值不是2的幂比如10会怎么样？

10、HashMap和HashTable的区别

11、hashmap中的扰动函数有什么作用

12、hashmap的底层数据结构（1.7和1.8版本）

13、hashmap为什么是线程不安全的（1.7和1.8版本）

14、在什么情况下hashmap的链表会转化成红黑树

15、HashMap的key可以为null吗？CHM呢？

第1章 前置知识

1、Hash表​​​​​​​​​​​​​

Hash函数：MD5、SHA

Hash表：通过hash函数来计算数据位置的数据结构

HashMap通过数组去存储

2、Hash冲突

多个不同的key通过hash函数运算之后落在同一个数组下标的位置。

解决方案：

• ThreadLocal解决方案：线性探索（开发寻址法）
• HashMap解决方案：链式地址法
• 再Hash法（通过多个hash函数）

3、锁粒度

• hashtable：是对整个数组加锁，两个线程对同一个hashtable进行操作时，只可能有一个线程进行put。
• 1.7CHM：对数组中的每个segment加锁，不同线程对同一个CHM进行操作时，如果hash计算没有落在同一个segment时，就可以同时操作。每个segment里面存的也是一个16个长度的数组，然后数组里面存链表
• 18CHM：对数组中的每个node加锁，不同线程对同一个CHM进行操作时，如果hash计算没有落在同一个node时，就可以同时操作。每个node里面存的是存链表或红黑树。

第2章 HashMap

2.1 从new说起

HashMap hashMap=new HashMap(5);

public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {
    if (initialCapacity < 0)
        throw new IllegalArgumentException("Illegal initial capacity: " +
                                           initialCapacity);
    if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY)
        initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY;
    if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor))
        throw new IllegalArgumentException("Illegal load factor: " +
                                           loadFactor);
    this.loadFactor = loadFactor;
    this.threshold = tableSizeFor(initialCapacity);  //代表hashMap的容量大于这个的时候会进行resize操作
}

不管传多大的容量，容量都是最靠近设置值的2的幂次方，且大于传入值

2.2 右移左移补充

<<表示左移移，不分正负数，低位补0；

注：以下数据类型默认为byte-8位

左移时不管正负，低位补0

正数：r = 20 << 2

　　20的二进制补码：0001 0100

　　向左移动两位后：0101 0000

　　　　 　　结果：r = 80

r = 20 << 3

　　20的二进制补码：0001 0100

　　向左移动两位后：1010 0000

原码：1110 0000

　　　　 　　结果：r = -96

负数：r = -20 << 2

　　-20 的二进制原码 ：1001 0100

　　-20 的二进制反码 ：1110 1011

　　-20 的二进制补码 ：1110 1100

　　左移两位后的补码：1011 0000

　　　　　　　　反码：1100 1111

　　　　　　　　原码：1101 0000

　　　　　　　　结果：r = -80

>>表示右移，如果该数为正，则高位补0，若为负数，则高位补1；

注：以下数据类型默认为byte-8位

正数：r = 20 >> 2

　　20的二进制补码：0001 0100

　　向右移动两位后：0000 0101

　　　　　　　结果：r = 5

负数：r = -20 >> 2

　　-20 的二进制原码 ：1001 0100

　　-20 的二进制反码 ：1110 1011

　　-20 的二进制补码 ：1110 1100

　　右移两位后的补码：1111 1011

　　　　　　　　反码：1000 0100

　　　　　　　　原码：1000 0101

　　　　　　　　结果：r = -5

>>>表示无符号右移，也叫逻辑右移，即若该数为正，则高位补0，而若该数为负数，则右移后高位同样补0

正数：　r = 20 >>> 2

　　　　的结果与 r = 20 >> 2 相同；

负数：　r = -20 >>> 2

注：以下数据类型默认为int 32位

　　-20:源码：10000000 00000000 00000000 00010100

　　　 反码：11111111 11111111 11111111 11101011

　　　 补码：11111111 11111111 11111111 11101100

　　　 右移：00111111 11111111 11111111 11111011

　　　　结果：r = 1073741819

-1源码： 10000000 00000000 00000000 00000001

反码： 11111111 11111111 11111111 11111110

补码： 11111111 11111111 11111111 11111111

01111111 11111111 11111111 11111111

11111111 11111111 11111111 11111111

//保证
static final int tableSizeFor(int cap) {
    int n = cap - 1;  //减1.防止传入的刚好是2的幂次方的时候，比如传入4，不减1，会得到7；
    n |= n >>> 1;  //右移一位，然后|运算，能保证高2位是1，是4                                                         n |= n >>> 2;
    n |= n >>> 4;
    n |= n >>> 8;
    n |= n >>> 16;   //类推到最大的2的32-1，也就是32个1！！因为JAVA中int4字节，也就是32位，达到int的最大值
    return (n < 0) ? 1 : (n >= MAXIMUM_CAPACITY) ? MAXIMUM_CAPACITY : n + 1;  //再加1，
}

举例 传入的cap是14

n=cap-1 ;  13   二进制位0000 1101
    
n |= n >>> 1;    n>>>1 为 0000 0110   与n|运算    得到00001111
n |= n >>> 2;    n>>>2 为 0000 0011   与n|运算    得到00001111
n |= n >>> 4;    n>>>4 为 0000 0000   与n|运算    得到00001111
最终结果就是 00010000

2.3 扰动函数

static final int hash(Object key) {
    int h;
    return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
}

右移16位与本来的异或；能使高16位与低16位都参与hash运算！！减少hash冲突

比如

1110 1000  >>>4   0000 1110
0000 1110    
---------------
1110 0110    

2.4 继续put方法

public V put(K key, V value) {
    return putVal(hash(key), key, value, false, true);
}

final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,
               boolean evict) {
    Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, i;
    //判断table是否为空
    if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
        //初始化
        n = (tab = resize()).length;
    if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)   //不存在hash冲突
        tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
    else {    //hash冲突
        Node<K,V> e; K k;
        if (p.hash == hash &&  //hash值相等
            ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))  //key也相等
            e = p;  //直接将已有的给到e
        else if (p instanceof TreeNode) //是红黑树
            e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
        else {   //插入链表
            for (int binCount = 0; ; ++binCount) {   //一直遍历，没有条件
                if ((e = p.next) == null) {   //到了链表尾部
                    p.next = newNode(hash, key, value, null); //添加到链表尾部
                    if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st   //当链表长度达到8，转变为红黑树
                        treeifyBin(tab, hash);
                    break;
                }
                if (e.hash == hash &&
                    ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))   //hash跟key都一样，链表里面覆盖
                    break;
                p = e;
            }
        }
        if (e != null) { // existing mApping for key   //有需要覆盖的节点，覆盖
            V oldValue = e.value;
            if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
                e.value = value;
            afterNodeAccess(e);
            return oldValue;
        }
    }
    ++modCount;
    if (++size > threshold)
        resize();
    afterNodeInsertion(evict);
    return null;
}

2.5 扩容（初始化）

final Node<K,V>[] resize() {   
    Node<K,V>[] oldTab = table;
    int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length;  //得到原来table的长度.假如是4
    int oldThr = threshold;  //得到原来的扩容临界值   4*0.75=3
    int newCap, newThr = 0;  //新的table的长度与扩容临界值 
    if (oldCap > 0) {  //如果table有值，代表不是初始化   
        if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) {   //判断原来的table长度是不是到了最大值，如果到了最大值，不再扩容，直接返回原来的数组
            threshold = Integer.MAX_VALUE;
            return oldTab;
        }
        else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY &&   //newCap为oldCap的2倍，并且原来的长度>=16，临界值为原有临界值的2倍，这时newCap=8
                 oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)
            newThr = oldThr << 1; // double threshold,结果是跟newCap*0.75一样的，必须大于等于16，不然4的扩容是3，*2就会有问题
    }
    else if (oldThr > 0) // initial capacity was placed in threshold  //当没有数据的时候，初始化容量就为阈（yu）值
        newCap = oldThr;
    else {               // zero initial threshold signifies using defaults   //默认值
        newCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY;
        newThr = (int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY);
    }
    if (newThr == 0) {  //当原来table的长度小于16的时候
        float ft = (float)newCap * loadFactor;   //newCap为原来长度的2倍*0.75     也就是8*0.75=6 
        newThr = (newCap < MAXIMUM_CAPACITY && ft < (float)MAXIMUM_CAPACITY ?
                  (int)ft : Integer.MAX_VALUE);    //新的扩容临界值为6
    }
    threshold = newThr;  //扩容值变成了6
    @SuppressWarnings({"rawtypes","unchecked"})   //不用再编译完成后出现警告信息，忽略"rawtypes","unchecked"
        Node<K,V>[] newTab = (Node<K,V>[])new Node[newCap];  // 新的数组长度为8
    table = newTab;     //table赋值为newTab
    if (oldTab != null) {  //进行数据迁移
        for (int j = 0; j < oldCap; ++j) {
            Node<K,V> e;
            if ((e = oldTab[j]) != null) {
                oldTab[j] = null;   //便于GC
                if (e.next == null)  //没有next，代表不是链表，就是数组
                    newTab[e.hash & (newCap - 1)] = e;   //hash取模放到数组位置
                else if (e instanceof TreeNode)  //如果是红黑树，按红黑树转移
                    ((TreeNode<K,V>)e).split(this, newTab, j, oldCap);
                else { // preserve order   //链表，链表转移
                    //低位链表，也就是当hash取模小于old的时候
                    Node<K,V> loHead = null, loTAIl = null;
                    //高位链表，也就是当hash取模大于等于old的时候
                    Node<K,V> hiHead = null, hiTail = null;
                    Node<K,V> next;
                    do {
                        next = e.next;
                        if ((e.hash & oldCap) == 0) {
                            if (loTail == null)
                                loHead = e;
                            else
                                loTail.next = e;
                            loTail = e;
                        }
                        else {
                            if (hiTail == null)
                                hiHead = e;
                            else
                                hiTail.next = e;
                            hiTail = e;
                        }
                    } while ((e = next) != null);
                    //低位链表放在原有位置
                    if (loTail != null) {
                        loTail.next = null;
                        newTab[j] = loHead;
                    }
                    //如果超过了原来old，放在old的长度+j
                    if (hiTail != null) {
                        hiTail.next = null;
                        newTab[j + oldCap] = hiHead;
                    }
                }
            }
        }
    }
    return newTab;
}

2.6 链表转红黑树

final void treeifyBin(Node<K,V>[] tab, int hash) {
    int n, index; Node<K,V> e;
    if (tab == null || (n = tab.length) < MIN_TREEIFY_CAPACITY)   //数组不到64，也不会转红黑树
        resize();  //扩容
    else if ((e = tab[index = (n - 1) & hash]) != null) {  
        TreeNode<K,V> hd = null, tl = null;   // 定义首、尾节点
        do {
            TreeNode<K,V> p = replacementTreeNode(e, null);  //将该节点转换为 树节点
            if (tl == null)
                hd = p;
            else {
                p.prev = tl;
                tl.next = p;
            }
            tl = p;
        } while ((e = e.next) != null);  // 继续遍历链表
        
          // 到目前为止 也只是把Node对象转换成了TreeNode对象，把单向链表转换成了双向链表
        
        if ((tab[index] = hd) != null)
            hd.treeify(tab);  //转为红黑树
    }
}

HashMap底层为什么线程不安全，作者用了PPT演示了过程，文章中贴不出来，如果感兴趣的同学可以私聊作者发给你