1.散列表简介

1什么是哈希表：

由数组和链表组合成的一种根据关键码值(Key value)而直接进行访问的数据结构

2特点（优点）：结合了数组和链表的优点

数组的特点是：寻址容易，插入和删除困难；

而链表的特点是：寻址困难，插入和删除容易。

3结构：

4缺点：

数组创建后难于扩展

5散列法

元素特征转变为数组下标的方法就是散列法。三种比较常用的：

1，除法散列法

2，平方散列法

3，斐波那契（Fibonacci）散列法

上图的案例除法散列法：

index = value % 16 （求模）

例如：12，28，108，140除16的模都是12所以存储在数组12的位置

6散列冲突：

如上图的12，28，108，140除16的模都是12所以存储在数组12的位置这就是哈西冲突

2.HashMap的数据结构

维护Hashmap的内部的是一个Entry<K,V>,数据结构是一个单链表。源码如下：

static class Entry<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
    final K key;
    V value;
    Entry<K,V> next; //指向下一个节点
    int hash;   //桶位

    /**
     * Creates new entry.
     */
    Entry(int h, K k, V v, Entry<K,V> n) {
        value = v;
        next = n;
        key = k;
        hash = h;
    }

单项链表

操作方式：

头插法（不用遍历链表直接在头插入）

尾差发（需要遍历链表找到最后一个指针在插入）

3主要参数

static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; //默认容量16

static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30; //最大容量2^30;

static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f; //负载因子，扩容的依据

static final Entry<?,?>[] EMPTY_TABLE = {};

transient Entry<K,V>[] table = (Entry<K,V>[]) EMPTY_TABLE;

transient int size; //map大小

final float loadFactor;

int threshold; // 第一次为初始容量之后为总容量的75%，当size大于threshold进行扩容

transient int modCount; //修改次数

4.HashMap的核心构造方法

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;
    threshold = initialCapacity;
    init();
}

4.1初始化容量

initialCapacity（初始化容量默认16，最大为2^30）loadFactor（负载因子0.75f）

初始化时赋值threshold为初始容量（之后为总容量的75%）

5.HashMap的Put方法

public V put(K key, V value) {
    if (table == EMPTY_TABLE) {//第一次赋值（初始化时两个参数相等）
        inflateTable(threshold); //扩容 5.1第一次threshold= initialCapacity
    }
    if (key == null) //key 可以为空
        return putForNullKey(value); //5.2
    int hash = hash(key); //获取Hash值

//计算key hash值在table中的位置返回h & (length-1); //因为length的大小为2^n所以(length-1）保证了每一位都有1，否则1&0；的结果为0，这样8和9返回的位置就相同了

    int i = indexFor(hash, table.length); //计算桶位
    for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) {
        Object k;
        if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {
            V oldValue = e.value;
            e.value = value;
            e.recordAccess(this);
            return oldValue;
        }
    }

    modCount++; //修改次数加1
    addEntry(hash, key, value, i);//添加Entry
    return null;
}

5.1扩容方法inflateTable(threshold)

private void inflateTable(int toSize) {
// Find a power of 2 >= toSize

//确保HashMap的容量为2的N次幂（取离初始容量最近比较大一段的2的N次幂）
    int capacity = roundUpToPowerOf2(toSize);
   //扩容比较参数赋值
    threshold = (int) Math.min(capacity * loadFactor, MAXIMUM_CAPACITY + 1);

//创建Entry初始容量默认为16
table = new Entry[capacity];
initHashSeedAsNeeded(capacity);
}

5.1.1初始容量算法

private static int roundUpToPowerOf2(int number) {
    // assert number >= 0 : "number must be non-negative";
    return number >= MAXIMUM_CAPACITY
            ? MAXIMUM_CAPACITY
            : (number > 1) ? Integer.highestOneBit((number - 1) << 1) : 1;
}

解释：Integer.highestOneBit(int i)的作用

如果一个数是0, 则返回0；

如果是负数, 则返回 -2147483648：【1000,0000,0000,0000,0000,0000,0000,0000】(二进制表示的数)；

如果是正数, 返回的则是跟它最靠近的比它小的2的N次方

roundUpToPowerOf2方法返回的为Integer.highestOneBit((number - 1) << 1)

(number - 1) << 1的作用：就是把当前容量扩大2倍（（number – 1)避免了初始化容量本来就是2的N次方问题）

所以最终返回结果为：初始容量为跟它最靠近的比它大的2的N次方

 例如：initialCapacity本来为16，不减1的话返回为32，

5.2 putForNullKey(value);

private V putForNullKey(V value) {

//把Null保存在table[0]位置
    for (Entry<K,V> e = table[0]; e != null; e = e.next) {
        if (e.key == null) {
            V oldValue = e.value;
            e.value = value;
            e.recordAccess(this);
            return oldValue;
        }
    }
    modCount++;
    addEntry(0, null, value, 0);
    return null;
}

当key为null，调用putForNullKey方法，保存null于table第一个位置中，这是HashMap允许为null的原因

5.3indexFor(int h, int length)

static int indexFor(int h, int length) {
// assert Integer.bitCount(length) == 1 : "length must be a non-zero power of 2";
return h & (length-1);
}

计算key hash值在table中的位置返回h & (length-1); //因为length的大小为2^n所以(length-1）保证了每一位都有1，否则1&0；的结果为0，这样8和9返回的位置就相同了

5.4扩容addEntry(hash, key, value, i);

每次扩大到原来空间的2倍

void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {

//每次创建一个Entry<K,V>后size加1，空间不足threshold（总空间的75%），扩大长处的2倍
    if ((size >= threshold) && (null != table[bucketIndex])) {
        resize(2 * table.length);
        hash = (null != key) ? hash(key) : 0;
        bucketIndex = indexFor(hash, table.length);
    }

    createEntry(hash, key, value, bucketIndex);
}

5.4.1 创建Entry

void createEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
    Entry<K,V> e = table[bucketIndex];
    table[bucketIndex] = new Entry<>(hash, key, value, e);
    size++;
}

获取bucketIndex处的Entry

将新创建的 Entry 放入 bucketIndex 索引处，并让新的 Entry 指向原来的 Entry

size加1

解释：

单链表头插法

第一次存储时例如 bucketIndex=1；则 Entry<K,V> e= table[bucketIndex]为空即e为空

table[bucketIndex] = newEntry<>(hash, key, value, e);可以理解成

table[1] = new Entry<>(hash, key,value, null);

第二次Entry<K,V> e= table[bucketIndex]为空即e为 table[1]的地址

4.5Put方法综合分析图

6.HashMap的get方法

public V get(Object key) {
    if (key == null)
        return getForNullKey();//Key为Null，从table[0]出获取
    Entry<K,V> entry = getEntry(key);

    return null == entry ? null : entry.getValue();
}

6.2getEntry(key);

final Entry<K,V> getEntry(Object key) {
    if (size == 0) {
        return null;
    }

    int hash = (key == null) ? 0 : hash(key);

//先定位到桶位，在进行链表的遍历（indexFor()方法上面分析了）
    for (Entry<K,V> e = table[indexFor(hash, table.length)];
         e != null;
         e = e.next) {
        Object k;
        if (e.hash == hash &&
            ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
            return e;
    }
    return null;
}

//如果hash冲突了，key是不同的可以通过遍历链表找到value

7总结

1. 维护Hashmap内部的是一个Entry，Hashmap的默认容量为16，负载因子为0.75，

2. Entry的默认初始容量为16（Entry初始容量一定为2的N次幂，Hashmap初始容量不满足阔大到最近较大的一个2的N次幂）

3. 扩容方式当Entry已用空间>=总空间的75%,总空间扩大到原来的2倍。

4. HashMap可以存Null值，存在table[0]处

5. HashMap的容量指的是Entry<K,V>[] table的长度

6. 计算桶位的方式 h & (length-1);