一、HashMap
hashMa.png
HashMap是基于哈希表实现的，每一个元素是一个key-value对，利用key的hashCode重新hash计算出当前对象的元素在数组中的下标,存储时，如果出现hash值相同的key时，如果key相同，则覆盖原始值；如果key不同，则将当前的key-value放入链表中；获取时，直接value找到hash值对应的下标，在进一步判断key是否相同，从而找到对应value。
核心就是使用了数组的存储方式，将冲突的key的对象放入链表中，一旦发现冲突就在链表中做进一步的对比。
HashMap是非线程安全的，用于单线程环境下，多线程环境下可以采用concurrent并发包concurrentHashMap。
HashMap 实现了Serializable接口，因此它支持序列化，实现了Cloneable接口，能被克隆。
线程不安全
HashMap存数据的过程是： HashMap内部维护了一个存储数据的Entry数组，HashMap采用链表解决冲突，每一个Entry本质上是一个单向链表。当准备添加一个key-value对时，首先通过hash(key)方法计算hash值，然后通过indexFor(hash,length)求该key-value对的存储位置，计算方法是先用hash&0x7FFFFFFF后，再对length取模，这就保证每一个key-value对都能存入HashMap中，当计算出的位置相同时，由于存入位置是一个链表，则把这个key-value对插入链表头。
static final int hash(Object key) {
int h;
return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
}
public final int hashCode() {
return Objects.hashCode(key) ^ Objects.hashCode(value);
}
HashMap中key和value都允许为null。key为null的键值对永远都放在以table[0]为头结点的链表中。
HashMap的存储结构，如下图所示：
HashMap存储方式
二、HashMap存储
紫色部分代表哈希表，称为哈希数组，数组的每个元素都是一个单链表的头节点，绿色链表是用来解决冲突的，如果不同的key映射到了数组的同一位置处，就将其放入单链表中。
HashMap内存储数据的Entry数组默认是16，当存储的数据一多，Entry内部的链表会很长，HasnMap内部有自己的扩容机制。HashMap内部有： 变量size，它记录HashMap的底层数组中已用槽的数量； 变量threshold，它是HashMap的阈值，用于判断是否需要调整HashMap的容量（threshold = 容量*加载因子） 变量DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f，默认加载因子为0.75 HashMap扩容的条件是：当size大于threshold时，对HashMap进行扩容
看完源码才知：
扩容是是新建了一个HashMap的底层数组，而后调用transfer方法，将就HashMap的全部元素添加到新的HashMap中（要重新计算元素在新的数组中的索引位置）。
扩容是一个相当耗时的操作，它需要重新计算这些元素在新的数组中的位置并进行复制处理。在用HashMap的时，为了提升性能，最好提前估计一下HasMap个数，并且HashMap相当的消耗内存。
/**
* Associates the specified value with the specified key in this map.
* If the map previously contained a mapping for the key, the old
* value is replaced.
*
* @param key key with which the specified value is to be associated
* @param value value to be associated with the specified key
* @return the previous value associated with <tt>key</tt>, or
* <tt>null</tt> if there was no mapping for <tt>key</tt>.
* (A <tt>null</tt> return can also indicate that the map
* previously associated <tt>null</tt> with <tt>key</tt>.)
*/
public V put(K key, V value) {
return putVal(hash(key), key, value, false, true);
}
/**
* Implements Map.put and related methods.
*
* @param hash hash for key
* @param key the key
* @param value the value to put
* @param onlyIfAbsent if true, don't change existing value
* @param evict if false, the table is in creation mode.
* @return previous value, or null if none
*/
final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,
boolean evict) {
Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, i;
if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
n = (tab = resize()).length;
if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
else {
Node<K,V> e; K k;
if (p.hash == hash &&
((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
e = p;
else if (p instanceof TreeNode)
e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
else {
for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
if ((e = p.next) == null) {
p.next = newNode(hash, key, value, null);
if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st
treeifyBin(tab, hash);
break;
}
if (e.hash == hash &&
((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
break;
p = e;
}
}
if (e != null) { // existing mapping for key
V oldValue = e.value;
if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
e.value = value;
afterNodeAccess(e);
return oldValue;
}
}
++modCount;
if (++size > threshold)
resize();
afterNodeInsertion(evict);
return null;
}
/**
* Initializes or doubles table size. If null, allocates in
* accord with initial capacity target held in field threshold.
* Otherwise, because we are using power-of-two expansion, the
* elements from each bin must either stay at same index, or move
* with a power of two offset in the new table.
*
* @return the table
*/
final Node<K,V>[] resize() {
Node<K,V>[] oldTab = table;
int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length;
int oldThr = threshold;
int newCap, newThr = 0;
if (oldCap > 0) {
if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) {
threshold = Integer.MAX_VALUE;
return oldTab;
}
else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY &&
oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)
newThr = oldThr << 1; // double threshold
}
else if (oldThr > 0) // initial capacity was placed in threshold
newCap = oldThr;
else { // zero initial threshold signifies using defaults
newCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY;
newThr = (int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY);
}
if (newThr == 0) {
float ft = (float)newCap * loadFactor;
newThr = (newCap < MAXIMUM_CAPACITY && ft < (float)MAXIMUM_CAPACITY ?
(int)ft : Integer.MAX_VALUE);
}
threshold = newThr;
@SuppressWarnings({"rawtypes","unchecked"})
Node<K,V>[] newTab = (Node<K,V>[])new Node[newCap];
table = newTab;
if (oldTab != null) {
for (int j = 0; j < oldCap; ++j) {
Node<K,V> e;
if ((e = oldTab[j]) != null) {
oldTab[j] = null;
if (e.next == null)
newTab[e.hash & (newCap - 1)] = e;
else if (e instanceof TreeNode)
((TreeNode<K,V>)e).split(this, newTab, j, oldCap);
else { // preserve order
Node<K,V> loHead = null, loTail = null;
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);
if (loTail != null) {
loTail.next = null;
newTab[j] = loHead;
}
if (hiTail != null) {
hiTail.next = null;
newTab[j + oldCap] = hiHead;
}
}
}
}
}
return newTab;
}
HashMap共有四个构造方法。有两个重要的参数：初始容量和加载因子。这两个参数是影响HashMap性能的重要参数，其中容量表示哈希表中槽的数量（即哈希数组的长度），初始容量是创建哈希表时的容量（从构造函数中可以看出，如果不指明，则默认为16），加载因子是哈希表在其容量自动增加之前可以达到多满的一种尺度，当哈希表中的条目数超出了加载因子与当前容量的乘积时，则要对该哈希表进行
resize 操作（即扩容）。
在这里插入图片描述
加载因子为什么时0.75,不是越打越好吗？
hashMap使用了拉链法处理冲突。 HashMap有一个初始容量大小，默认是16
static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; // aka 16
为了减少冲突的概率，当hashMap的数组长度到了一个临界值就会触发扩容，把所有元素rehash再放到扩容后的容器中，这是一个非常耗时。而这个临界值由【加载因子】和当前容器的容量大小来确定：DEFAULT_INITIAL_CAPACITY*DEFAULT_LOAD_FACTOR ，即默认情况下是16x0.75=12时，就会触发扩容操作。无论我们指定的容量为多少，构造方法都会将实际容量设为不小于指定容量的2的次方的一个数，且最大值不能超过
put 过程
put2.png
三、HashTable
Hashtable同样是基于哈希表实现的，同样每个元素是一个key-value对，其内部也是通过单链表解决冲突问题，容量不足（超过了阀值）时，同样会自动增长。
Hashtable也是JDK1.0引入的类，是线程安全的，能用于多线程环境中。
Hashtable同样实现了Serializable接口，它支持序列化，实现了Cloneable接口，能被克隆。
线程安全
HashMap (1).png
HashTable在不指定容量的情况下的默认容量为11，Hashtable不要求底层数组的容量一定要为2的整数次幂。
Hashtable扩容时，将容量变为原来的2倍加1。
HashTable中hash数组默认大小是11，增加的方式是 old*2+1。
package com.flux.fuyun.agm.controller.test;
/**
*
* @param <K>
* @param <V>
*/
public class HashTableCuston<K, V> {
private Entry<?, ?>[] table;
private int capacity;
/**
* 默认构造函数，暂时未加入装载因子，未完待续
*/
public HashTableCuston() {
this(11);
}
public HashTableCuston(int capacity) {
if(capacity < 0){
throw new IllegalArgumentException("Illegal capacity :"+capacity);
}
this.capacity = capacity;
table = new Entry<?, ?>[capacity];
}
private static class Entry<K, V> {
int hash;
K key;
V value;
Entry<K, V> next;
public Entry(int hash, K key, V value, Entry<K, V> next) {
this.hash = hash;
this.key = key;
this.value = value;
this.next = next;
}
public K getKey() {
return key;
}
public V getValue() {
return value;
}
}//Entry
/**
* 根据key获取value
* @param key
* @return
*/
public synchronized V get(Object key){
Entry<?,?>[] tab = table;
int hash = key.hashCode() & 0X7FFFFFF ;
int index = hash % table.length;
for(Entry<?,?> entry = tab[index];entry != null ;entry = entry.next ){
if( (entry.hash == hash) && (entry.key == entry.key) ){
return (V)entry.value;
}
}
return null;
}
/**
* 放入键值对
*
* @param key
* @param value
* @return
*/
public synchronized V put(K key, V value) {
Entry<?, ?>[] tab = table;//Entry<?, ?>是Entry<String, Integer>等具体类的父类
int hash = key.hashCode();
int index = (hash & 0X7FFFFFF) % tab.length;
Entry<K, V> entry = (Entry<K, V>) tab[index];
//检查有无已存在的key
for (; entry != null; entry = entry.next) {
if ((entry.hash == hash) && entry.key == key) {
V oldValue = entry.value;
entry.value = value;
return oldValue;
}
}
addEntry(hash, key, value, index);
return null;
}
/**
* 创建新的结点
*
* @param hash
* @param key
* @param value
* @param index
*/
private void addEntry(int hash, K key, V value, int index) {
Entry<?, ?>[] tab = table;
Entry<K, V> entry = (Entry<K, V>) tab[index];//之前已存在结点
tab[index] = new Entry<>(hash, key, value, entry);//之前已存在的结点作为后继结点
}
}
测试代码
public static void main(String[] args) {
HashTableCuston<String, Integer> hashtable = new HashTableCuston<String, Integer>(5);
hashtable.put("one", 1);
hashtable.put("two", 2);
hashtable.put("three", 3);
hashtable.put("four", 4);
hashtable.put("five", 5);
hashtable.put("six", 6);
hashtable.put("seven", 7);
Integer v = hashtable.get("six");//输出6
System.out.println(v);
}
拉链法
如下图所示，将大小为M的数组的每一个元素指向一个链表，链表中的每一个节点都存储散列值为该索引的键值对，这个就是拉链法。
拉链法.png
”John Smith”和”Sandra Dee”通过哈希函数指向152这个索引，该索引又指向了一个链表，在链表中依次存储了这两个字符串。
该方法的基本思想就是选择足够大的M，使得所有的链表都尽可能的短小，以保证查找的效率。对采用拉链法的哈希表实现的查找分为两步，首先是根据散列值找到对应的链表，然后沿着链表的顺序找到相应的键。
<2>线性探索法
探索法.png
线性探测法是开放寻址法解决哈希冲突的一种方法，基本原理为，使用大小为M的数组来保存N个键值对，其中M>N，需要使用数组中的空位来解决碰撞冲突。
四、区别
1、继承的父类不同
Hashtable继承自Dictionary类，而HashMap继承自AbstractMap类。二者都实现了Map接口。
2、线程安全性不同
hashMap不安全，hashtable 线程安全。
3、是否提供contains方法
HashMap把Hashtable的contains方法改成containsValue和containsKey；Hashtable则保留了contains，containsValue和containsKey三个方法，其中contains和containsValue功能相同。
4、key和value是否允许null值
其中key和value都是对象，并且不能包含重复key，但可以包含重复的value。
Hashtable中，key和value都不允许出现null值。但是如果在Hashtable中有类似put(null,null)的操作，编译同样可以通过，因为key和value都是Object类型，但运行时会抛出NullPointerException异常
HashMap中，null可以作为键，这样的键只有一个；可以有一个或多个键所对应的值为null。当get()方法返回null值时，可能是 HashMap中没有该键，也可能使该键所对应的值为null。因此，在HashMap中不能由get()方法来判断HashMap中是否存在某个键，而应该用containsKey()方法来判断。
5、两个遍历方式的内部实现上不同
Hashtable、HashMap都使用了 Iterator。而由于历史原因，Hashtable还使用了Enumeration的方式 。
6、hash值不同
哈希值的使用不同，HashTable直接使用对象的hashCode。而HashMap重新计算hash值。
hashCode是jdk根据对象的地址或者字符串或者数字算出来的int类型的数值。
Hashtable计算hash值，直接用key的hashCode()，而HashMap重新计算了key的hash值，Hashtable在求hash值对应的位置索引时，用取模运算，而HashMap在求位置索引时，则用与运算，且这里一般先用hash&0x7FFFFFFF后，再对length取模，&0x7FFFFFFF的目的是为了将负的hash值转化为正值，因为hash值有可能为负数，而&0x7FFFFFFF后，只有符号外改变，而后面的位都不变。
7、内部实现使用的数组初始化和扩容方式不同
HashTable在不指定容量的情况下的默认容量为11，而HashMap为16，Hashtable不要求底层数组的容量一定要为2的整数次幂，而HashMap则要求一定为2的整数次幂。
Hashtable扩容时，将容量变为原来的2倍加1，而HashMap扩容时，将容量变为原来的2倍。
Hashtable和HashMap它们两个内部实现方式的数组的初始大小和扩容的方式。HashTable中hash数组默认大小是11，增加的方式是old*2+1。
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