Java集合之HashMap

public class HashMap<K,V> extends AbstractMap<K,V>
implements Map<K,V>, Cloneable, Serializable {
HashMap继承了AbstractMap，Map，Cloneable，Serializable，表示是映射，存储Key-Value，可以被克隆，可以序列化
一、常量
static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; // aka 16 // 默认容量是16
static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30; // 最大容量是2的30次幂
static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f; // 默认负载因子是0.75
static final int UNTREEIFY_THRESHOLD = 6; // 红黑树转为链表阈值，当HashMap扩容时，如果发现链表长度小于6，则由红黑树退化为链表
static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8; // 链表转为红黑树的阈值，在HashMap扩容时，如果发现链表长度大于8，则将链表转化为红黑树
static final int MIN_TREEIFY_CAPACITY = 64; // 当HashMap中的容量大于64时，才考虑树形化，否则桶内元素过多时，考虑的时扩容而不是树形化
二、变量
transient Node<K,V>[] table; // Node数组table，即哈希桶数组
transient int size; // 实际存储的key-value数量
transient Set<Map.Entry<K,V>> entrySet; // 待定？？？？？？
int threshold; // HashMap扩容阈值，当size >= threshold时，HashMap就会扩容，threshold = 容量 * 负载因子，threshold越大，容纳的键值对越多
final float loadFactor; // 负载因子
transient int modCount; // 记录HashMap发生变化的次数，主要用来迭代的快速失败？？？？？
三、存储结构

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HashMap的存储结构是数组+链表+红黑树（JDK8）实现的，哈希冲突导致的链表过长时，会严重影响HashMap的性能，如查找和删除，JDK8引入红黑树，当链表过长时，将链表转化为红黑树，利用红黑树增删改查的高性能提高HashMap的性能，
一、构造函数

1. public HashMap() {
   this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR; // all other fields defaulted
   }
   默认负载因子是0.75，默认容量16，必须是2的幂

2. public HashMap(int initialCapacity) {
   this(initialCapacity, DEFAULT_LOAD_FACTOR);
   }
   指定HashMap的容量，负载因子是默认0.75

3. 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);
   }
   指定HashMap的容量和负载因子，HashMap的最大容量MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30，即2的30次方
   二、数组
   transient Node<K,V>[] table;
   HashMap有一个内部静态类：Node，实现了Map.Entry接口，本质是一个key-value，next表示是一个链表节点，用来处理哈希冲突，hash用来确定key-value保存在table数组的哪个位置。
   static class Node<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
   final int hash;
   final K key;
   V value;
   Node<K,V> next;

   Node(int hash, K key, V value, Node<K,V> next) {
   this.hash = hash;
   this.key = key;
   this.value = value;
   this.next = next;
   }

   public final K getKey() { return key; }
   public final V getValue() { return value; }
   public final String toString() { return key + "=" + value; }

   public final int hashCode() {
   return Objects.hashCode(key) ^ Objects.hashCode(value);
   }

   public final V setValue(V newValue) {
   V oldValue = value;
   value = newValue;
   return oldValue;
   }

   public final boolean equals(Object o) {
   if (o == this)
   return true;
   if (o instanceof Map.Entry) {
   Map.Entry<?,?> e = (Map.Entry<?,?>)o;
   if (Objects.equals(key, e.getKey()) &&
   Objects.equals(value, e.getValue()))
   return true;
   }
   return false;
   }
   }
   四、具体功能之如何根据key值计算table数组的索引
   static final int hash(Object key) {
   int h;
   return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
   }
   key == null的时候，key的hash值是0，key != null时，hash值是key.hashCode与key.hashCode >>>16异或的值（无符号右移，高位补0)
   hash = hash(key);
   i = (table.length - 1) & hash
   索引等于hash按位与table.length-1，选择table.length-1这样做的好处是因为table.length总是2的N次幂，计算的到i总是在数组length范围内
   五、具体功能之put方法
   1.根据key计算table位置索引i
   2.如果该位置table[i] == null，new Node直接保存
   3.如果该位置table[i] != null，如果是Node节点，遍历链表，如果链表中没有匹配的key，则new Node插入到链表的尾部，如果链表长度大于8，将链表转为红黑树，如果链表中有匹配的key，覆盖原来的value
   4.如果该位置table[i] != null，如果是TreeNode红黑树节点，则new TreeNode插入到红黑树
   5.插入成功后，判断实际存在的键值对size是否大于threshold，如果大于，进行扩容
   六、具体功能之get方法
   public V get(Object key)
   1.根据key的hash，计算位置索引i=(table.length-1) & hash
   2.首先取该位置处的第一个Node first
   3.如果fist是红黑树节点，则查找红黑树中匹配的key
   4.如果是链表节点，则遍历链表，找到匹配的key
   final Node<K,V> getNode(int hash, Object key) {
   Node<K,V>[] tab; Node<K,V> first, e; int n; K k;
   if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 &&
   (first = tab[(n - 1) & hash]) != null) {
   if (first.hash == hash && // always check first node
   ((k = first.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
   return first;
   if ((e = first.next) != null) {
   if (first instanceof TreeNode)
   return ((TreeNode<K,V>)first).getTreeNode(hash, key);
   do {
   if (e.hash == hash &&
   ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
   return e;
   } while ((e = e.next) != null);
   }
   }
   return null;
   }
   七、具体功能之扩容
   当HashMap内部不能装载更多数据时，需要扩大HashMap容量，将扩大为原来的两倍，原来的数据将根据新的hash值放在新的位置，出发条件时数据数量大于threshold
   1.计算新的capacity，threshold，capitcity为原来容量的两倍，如果初始容量为0，则为16
   2.创建新的数组，容量为原capacity的两倍
   3.将原来数组的数据放到新的数组中
   ？？？？？？？
   原来的key-value会放在原来的位置和原来的位置+旧capacity中
   八、面试问题
   1.key和value可以为null吗？
   key=null时，计算得到的索引为0，key为null的键值放在table[0]为头节点的链表中，value可以为null
   2.key可以使用自定义类型吗
   key一般使用String，Integer类型，因为这些类型时不可变的，并且实现了hashCode()，equals()方法，如果使用可变类型作为key，当key发生变化后，hashCode会发生变化，导致无法找到该键值
   3.怎么实现线程安全
   一是使用HashTable，但是效率很低，二是使用Collections包：Collections.synchronizeMap(hashMap)；三是使用ConcurrentHashMap