java8中的HashMap

简介：

HashMap：

　　具有很快的访问速度，但遍历顺序却是不确定的。

　　HashMap最多只允许一条记录的键为null，允许多条记录的值为null。

　　HashMap非线程安全，即任一时刻可以有多个线程同时写HashMap，可能会导致数据的不一致。

　　如果需要满足线程安全，可以用 Collections的synchronizedMap方法使HashMap具有线程安全的能力，或者使用ConcurrentHashMap。

Hashtable：

　　Hashtable是遗留类，与HashMap类似，不同的是它承自Dictionary类，并且是线程安全的。

　　并发性不如ConcurrentHashMap，因为ConcurrentHashMap引入了分段锁。

　　Hashtable不建议在新代码中使用，不需要线程安全的场合可以用HashMap替换，需要线程安全的场合可以用ConcurrentHashMap替换。

LinkedHashMap：

　　LinkedHashMap是HashMap的一个子类，保存了记录的插入顺序，在用Iterator遍历LinkedHashMap时，先得到的记录肯定是先插入的，也可以在构造时带参数，按照访问次序排序。

TreeMap：

　　TreeMap实现SortedMap接口，能够把它保存的记录根据键排序，默认是按键值的升序排序，也可以指定排序的比较器，

　　当用Iterator遍历TreeMap时，得到的记录是排过序的。如果使用排序的映射，建议使用TreeMap。

存储结构：

位桶数组：

transient Node<k,v>[] table;

数组元素Node<K,V>：

static class Node<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
        final int hash;    //用来定位数组索引位置
        final K key;
        V value;
        Node<K,V> next;   //链表的下一个node

        Node(int hash, K key, V value, Node<K,V> next) { ... }
        public final K getKey(){ ... }
        public final V getValue() { ... }
        public final String toString() { ... }
        public final int hashCode() { ... }
        public final V setValue(V newValue) { ... }
        public final boolean equals(Object o) { ... }
}

hash冲突：

　　HashMap就是使用哈希表来存储的。哈希表为解决冲突，可以采用开放地址法和链地址法等来解决问题

　　Java中HashMap采用了链地址法。链地址法，简单来说，就是数组加链表的结合。

　　在每个数组元素上都有一个链表结构，当数据被Hash后，得到数组下标，把数据放在对应下标元素的链表上。

数据域：

public class HashMap<k,v> extends AbstractMap<k,v> implements Map<k,v>, Cloneable, Serializable {
    private static final long serialVersionUID = 362498820763181265L;
    static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; // aka 16
    static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;//最大容量
    static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;//填充比
    //当add一个元素到某个位桶，其链表长度达到8时将链表转换为红黑树
    static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8;
    static final int UNTREEIFY_THRESHOLD = 6;
    static final int MIN_TREEIFY_CAPACITY = 64;
    transient Node<k,v>[] table;//存储元素的数组
    transient Set<map.entry<k,v>> entrySet;
    transient int size;//存放元素的个数
    transient int modCount;//被修改的次数fast-fail机制
    int threshold;//临界值 当实际大小(容量*填充比)超过临界值时，会进行扩容 
    final float loadFactor;//填充比（......后面略）

　　Node<k,v>[] table的初始化长度length(默认值是16)。

　　length大小必须为2的n次方，主要是为了在取模和扩容时做优化，同时为了减少冲突。可以用hash&（len-1）的方式代替hash%len。

　　Load factor：为负载因子(默认值是0.75)。

　　threshold：是HashMap所能容纳的最大数据量的Node(键值对)个数。threshold = length * Load factor。

　　size：是HashMap中实际存在的键值对数量。

　　modCount：主要用来记录HashMap内部结构发生变化的次数，用于迭代的快速失败。（覆盖值不属于结构变化）

确定索引位置：

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

　　Hash算法本质上就是三步：取key的hashCode值、高位运算、取模运算。

　　高位运算：通过hashCode()的高16位异或低16位实现

　　它通过h & (table.length -1)来得到该对象的保存位，而HashMap底层数组的长度总是2的n次方，这是HashMap在速度上的优化。

　　当length总是2的n次方时，h& (length-1)运算等价于对length取模，也就是h%length，但是&比%具有更高的效率。

put方法：

 1     public V put(K key, V value) {
 2         return putVal(hash(key), key, value, false, true);
 3     }
 4 
 5 
 6      final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,
 7         boolean evict) {
 8         Node<K,V>[] tab; 
 9         Node<K,V> p; 
10         int n, i;
11         // 步骤①：tab为空则创建
12         if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
13             n = (tab = resize()).length;
14         // 步骤②：如果table的在（n-1）&hash的值是空，就新建一个节点插入在该位置
15         if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
16             tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
17         /*表示有冲突,开始处理冲突*/
18         else {
19             Node<K,V> e; 
20             K k;
21             /*步骤③：检查第一个Node，p是不是要找的值*/
22             if (p.hash == hash &&((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
23                 e = p;
24             // 步骤④：判断该链为红黑树
25             else if (p instanceof TreeNode)
26                 e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
27             // 步骤⑤：该链为链表
28             else {
29                 for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
30                     /*指针为空就挂在后面*/
31                     if ((e = p.next) == null) {
32                         p.next = newNode(hash, key, value, null);
33                         //链表长度大于8转换为红黑树进行处理
34                         if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1)                             
35                              treeifyBin(tab, hash);
36                         break;
37                     }
38                     /*如果有相同的key值就结束遍历*/
39                     if (e.hash == hash &&((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
40                         break;
41                     p = e;
42                 }
43             }
44             /*就是链表上有相同的key值*/
45             if (e != null) { // existing mapping for key，就是key的Value存在
46                 V oldValue = e.value;
47                 if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
48                     e.value = value;
49                 afterNodeAccess(e);
50                 return oldValue;//返回存在的Value值            }
51         }
52         ++modCount;
53         // 步骤⑥：超过最大容量 就扩容
54         if (++size > threshold)
55             resize();//扩容两倍        
56         afterNodeInsertion(evict);
57         return null;
58     }

　　1.判断键值对数组table[i]是否为空或为null，否则执行resize()进行扩容；

　　2.根据键值key计算hash值得到插入的数组索引i，如果table[i]==null，直接新建节点添加，转向⑥，如果table[i]不为空，转向③；

　　3.判断table[i]的首个元素是否和key一样，如果相同直接覆盖value，否则转向④，这里的相同指的是hashCode以及equals；

　　4.判断table[i] 是否为treeNode，即table[i] 是否是红黑树，如果是红黑树，则直接在树中插入键值对，否则转向⑤；

　　5.遍历table[i]，判断链表长度是否大于8，大于8的话把链表转换为红黑树，在红黑树中执行插入操作，否则进行链表的插入操作；遍历过程中若发现key已经存在直接覆盖value即可；

　　6.插入成功后，判断实际存在的键值对数量size是否超多了最大容量threshold，如果超过，进行扩容。

扩容：