HashMap

Map基础

基础的Map有一下2种

1. HashMap
2. HashTable

最简单的区别就是HashTable是线程安全的,这里主要聊一下HashMap中的一些知识点.

1. hash算法
2. 红黑树的使用
3. hashcode() & equals()
4. 成环

HashMap概念

一些不太清晰的小点总结

1. 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
2. HashMap的hash值是重新计算的,而不是直接使用对象的hashCode。
3. 默认长度是16. 但是，如果用户通过构造函数指定了一个数字作为容量，那么Hash会选择大于该数字的第一个2的幂作为容量。(3->4、7->8、9->16)
4. 在jdk1.8之前是链表插入头部元素，在jdk1.8中是插入尾部元素。

hash算法

参考:H神博客

常见Hash函数:

• 直接定址法：直接以关键字k或者k加上某个常数（k+c）作为哈希地址。

• 数字分析法：提取关键字中取值比较均匀的数字作为哈希地址。

• 除留余数法：用关键字k除以某个不大于哈希表长度m的数p，将所得余数作为哈希表地址。

• 分段叠加法：按照哈希表地址位数将关键字分成位数相等的几部分，其中最后一部分可以比较短。然后将这几部分相加，舍弃最高进位后的结果就是该关键字的哈希地址。

• 平方取中法：如果关键字各个部分分布都不均匀的话，可以先求出它的平方值，然后按照需求取中间的几位作为哈希地址。

• 伪随机数法：采用一个伪随机数当作哈希函数。

遇到碰撞:

• 开放定址法：
  开放定址法就是一旦发生了冲突，就去寻找下一个空的散列地址，只要散列表足够大，空的散列地址总能找到，并将记录存入。
• 链地址法
  将哈希表的每个单元作为链表的头结点，所有哈希地址为i的元素构成一个同义词链表。即发生冲突时就把该关键字链在以该单元为头结点的链表的尾部。
• 再哈希法
  当哈希地址发生冲突用其他的函数计算另一个哈希函数地址，直到冲突不再产生为止。
• 建立公共溢出区
  将哈希表分为基本表和溢出表两部分，发生冲突的元素都放入溢出表中。

HashMap的实现

主要有两个方法:

hash ：该方法主要是将Object转换成一个整型。
indexFor ：该方法主要是将hash生成的整型转换成链表数组中的下标。

先看一下Java7:

final int hash(Object k) {
    int h = hashSeed;
    if (0 != h && k instanceof String) {
        return sun.misc.Hashing.stringHash32((String) k);
    }

    h ^= k.hashCode();
    h ^= (h >>> 20) ^ (h >>> 12);
    return h ^ (h >>> 7) ^ (h >>> 4);
}

static int indexFor(int h, int length) {
    return h & (length-1); //位于运算代替去模
}

位与运算

核心就是一点使用位于运算代替去模,因为位于运算是直接基于2进制的,在内存上直接计算,速度非常快.

位与运算

return h & (length-1);只要保证length的长度是2^n的话，就可以实现取模运算了。而HashMap中的length也确实是2的倍数，初始值是16，之后每次扩充为原来的2倍。

减少冲突

h ^= k.hashCode();
h ^= (h >>> 20) ^ (h >>> 12);
return h ^ (h >>> 7) ^ (h >>> 4);

对key的hashCode进行扰动计算，防止不同hashCode的高位不同但低位相同导致的hash冲突。简单点说，就是为了把高位的特征和低位的特征组合起来，降低哈希冲突的概率，也就是说，尽量做到任何一位的变化都能对最终得到的结果产生影响。

举个例子来说，我们现在想向一个HashMap中put一个K-V对，Key的值为“hollischuang”，经过简单的获取hashcode后，得到的值为“1011000110101110011111010011011”，如果当前HashTable的大小为16，即在不进行扰动计算的情况下，他最终得到的index结果值为11。由于15的二进制扩展到32位

其实，使用位运算代替取模运算，除了性能之外，还有一个好处就是可以很好的解决负数的问题。因为我们知道，hashcode的结果是int类型，而int的取值范围是-2^31 ~ 2^31 – 1，即[ -2147483648, 2147483647]；这里面是包含负数的，我们知道，对于一个负数取模还是有些麻烦的。如果使用二进制的位运算的话就可以很好的避免这个问题。首先，不管hashcode的值是正数还是负数。length-1这个值一定是个正数。那么，他的二进制的第一位一定是0（有符号数用最高位作为符号位，“0”代表“+”，“1”代表“-”），这样里两个数做按位与运算之后，第一位一定是个0，也就是，得到的结果一定是个正数。

Java8实现

关于Java 8中的hash函数，原理和Java 7中基本类似。Java 8中这一步做了优化，只做一次16位右位移异或混合，而不是四次，但原理是不变的。

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

在JDK1.8的实现中，优化了高位运算的算法，通过hashCode()的高16位异或低16位实现的：(h = k.hashCode()) ^ (h >>> 16)，主要是从速度、功效、质量来考虑的。以上方法得到的int的hash值，然后再通过h & (table.length -1)来得到该对象在数据中保存的位置。

红黑树

参考:漫画:什么是红黑树以及红-黑树（看完包懂~）

Java8后 链表长度大于8就会转换成红黑树, 红黑树主要就是为了保证树的平衡,插入和删除操作时会维持树的平衡，即保证树的高度在[logN,logN+1]（极端的情况下可以出现RBTree的高度达到2*logN，但实际上很难遇到）, 进而使查询时间复杂度始终保持在O(logN), RBTree的删除和插入操作的时间复杂度也是O(logN).

1. 任何一个节点都有颜色，黑色或者红色；
2. 根节点是黑色的；
3. 父子节点之间不能出现两个连续的红节点；
4. 任何一个节点向下遍历到其子孙的叶子节点，所经过的黑节点个数必须相等；
5. 空节点被认为是黑色的。

Java8中简单是数据结构如下:

static final class TreeNode<K,V> extends LinkedHashMap.Entry<K,V> {
        TreeNode<K,V> parent;  // 父节点
        TreeNode<K,V> left;
        TreeNode<K,V> right;
        TreeNode<K,V> prev;    // needed to unlink next upon deletion
        boolean red; //红黑标志
}

并且红黑树的节点也继承了Map节点的属性

        final int hash;
        final K key;
        V value;
        Node<K,V> next;

调整方法

1 变色:

为了重新符合红黑树的规则，尝试把红色节点变为黑色，或者把黑色节点变为红色。

当D加入时触发了变色

再来详细说明一下变色过程:

下图所表示的是红黑树的一部分，需要注意节点25并非根节点。因为节点21和节点22连续出现了红色，不符合规则4，所以把节点22从红色变成黑色：

但这样并不算完，因为凭空多出的黑色节点打破了规则5，所以发生连锁反应，需要继续把节点25从黑色变成红色：

此时仍然没有结束，因为节点25和节点27又形成了两个连续的红色节点，需要继续把节点27从红色变成黑色：

这样就保证了平衡,除了变色以外还有旋转的方法保证平衡

2 左旋:

左旋

hashMap中的左旋:

/*
 * 左旋示意图：对节点p进行左旋
 *     pp                      pp
 *    /                       /
 *   p                       r
 *  / \                     / \
 * pl  r      ----->       p   ry
 *    / \                / \
 *   rl ry              pl  rl
 */
static <K,V> TreeNode<K,V> rotateLeft(TreeNode<K,V> root, TreeNode<K,V> p) {
    TreeNode<K,V> r, pp, rl;
    // 0. r赋值
    if (p != null && (r = p.right) != null) {
        //1. rl->p
        if ((rl = p.right = r.left) != null)
            rl.parent = p;
        //2. pp赋值
        if ((pp = r.parent = p.parent) == null)
            (root = r).red = false;  //如果p就是root,则将r赋值为root(黑)
        //3. r->pp
        else if (pp.left == p)
            pp.left = r;
        else
            pp.right = r;
        //4. p->r
        r.left = p;
        p.parent = r;
    }
    return root;
}

p.s.小细节 java连等是从后向前赋值

3 右旋:

右旋

也是类似的HashMap中的右旋源码:

/*
 * 左旋示意图：对节点p进行右旋
 *       pp                  pp
 *       /                   /
 *      p                   l
 *     / \                 / \
 *    l  pr   ----->      ll  p
 *   / \                     / \
 * ll  lr                   lr pr
 */
static <K,V> TreeNode<K,V> rotateRight(TreeNode<K,V> root, TreeNode<K,V> p) {
    TreeNode<K,V> l, pp, lr;
    if (p != null && (l = p.left) != null) {
        if ((lr = p.left = l.right) != null)
            lr.parent = p;
        if ((pp = l.parent = p.parent) == null)
            (root = l).red = false;
        else if (pp.right == p)
            pp.right = l;
        else
            pp.left = l;
        l.right = p;
        p.parent = l;
    }
    return root;
}   
}

动态图看眼花了 可以看一下静态图:

当我们知道了如何保持平衡就又产生了一个疑问, 该使用哪种方式保证平衡?
这个的确比较复杂,一般是通过不同的case进行选择.下面会结合JDK源码进行说明.

插入

新插入的节点是红色的，插入修复操作如果遇到父节点的颜色为黑则修复操作结束。也就是说，只有在父节点为红色节点的时候是需要插入修复操作。

我们现在就想要将插入时调整平衡的操作总结成通用操作

如果是第一次插入，由于原树为空，所以只会违反红-黑树的规则2，所以只要把根节点涂黑即可；如果插入节点的父节点是黑色的，那不会违背红-黑树的规则，什么也不需要做；但是遇到如下三种情况时，我们就要开始变色和旋转了：

1. 插入节点的父节点和其叔叔节点（祖父节点的另一个子节点）均为红色的；
2. 插入节点的父节点是红色，叔叔节点是黑色，且插入节点是其父节点的右子节点；
3. 插入节点的父节点是红色，叔叔节点是黑色，且插入节点是其父节点的左子节点。

下面我们先挨个分析这三种情况都需要如何操作，然后再给出实现代码。

对于情况1：插入节点的父节点和其叔叔节点（祖父节点的另一个子节点）均为红色的。此时，肯定存在祖父节点，但是不知道父节点是其左子节点还是右子节点，但是由于对称性，我们只要讨论出一边的情况，另一种情况自然也与之对应。这里考虑父节点是祖父节点的左子节点的情况，如下左图所示：

对于这种情况，我们要做的操作有：将当前节点(4)的父节点(5)和叔叔节点(8)涂黑，将祖父节点(7)涂红，变成上右图所示的情况。再将当前节点指向其祖父节点，再次从新的当前节点开始算法（具体等下看下面的程序）。这样上右图就变成了情况2了。

对于情况2：插入节点的父节点是红色，叔叔节点是黑色，且插入节点是其父节点的右子节点。我们要做的操作有：将当前节点(7)的父节点(2)作为新的节点，以新的当前节点为支点做左旋操作。完成后如左下图所示，这样左下图就变成情况3了。

对于情况3：插入节点的父节点是红色，叔叔节点是黑色，且插入节点是其父节点的左子节点。我们要做的操作有：将当前节点的父节点(7)涂黑，将祖父节点(11)涂红，在祖父节点为支点做右旋操作。最后把根节点涂黑，整个红-黑树重新恢复了平衡，如右上图所示。至此，插入操作完成！

我们可以看出，如果是从情况1开始发生的，必然会走完情况2和3，也就是说这是一整个流程，当然咯，实际中可能不一定会从情况1发生，如果从情况2开始发生，那再走个情况3即可完成调整，如果直接只要调整情况3，那么前两种情况均不需要调整了。故变色和旋转之间的先后关系可以表示为：变色->左旋->右旋。

至此，我们完成了全部的插入操作。下面来看一下简单的代码实现（可以结合上面的分析图，更加利与理解）：

/*********************** 向红黑树中插入节点 **********************/
public void insert(T key) {
    RBNode<T> node = new RBNode<>(key, BLACK, null, null, null);
    insert(node);
}

/**
 * 1、将节点插入到红黑树中，这个过程与二叉搜索树是一样的
 * 2、将插入的节点着色为"红色"；将插入的节点着色为红色，不会违背"特性5"！
 *    少违背了一条特性，意味着我们需要处理的情况越少。
 * 3、通过一系列的旋转或者着色等操作，使之重新成为一颗红黑树。
 * @param node 插入的节点
 */
public void insert(RBNode<T> node) {
    //node的父节点
    RBNode<T> current = null;
    RBNode<T> x = mRoot;

    while (x != null) {
        current = x;
        int cmp = node.key.compareTo(x.key);
        if (cmp < 0) {
            x = x.left;
        } else {
            x = x.right;
        }
    }
    //找到位置，将当前current作为node的父节点
    node.parent = current;
    //2. 接下来判断node是插在左子节点还是右子节点
    if (current != null) {
        int cmp = node.key.compareTo(current.key);
        if (cmp < 0) {
            current.left = node;
        } else {
            current.right = node;
        }
        node.color = RED;
        insertFixUp(node);
    } else {
        this.mRoot = node;
    }
}

/**
 * 修改整插入node节点之后的红黑树
 * @param node
 */
public void insertFixUp(RBNode<T> node) {
    //定义父节点和祖父节点
    RBNode<T> parent, gparent;
    //需要修整的条件：父节点存在，且父节点的颜色是红色
    while (((parent = node.parent) != null) && isRed(parent)) {
        //祖父节点
        gparent = parent.parent;
        //若父节点是祖父节点的左子节点
        if (parent == gparent.left) {
            //获取叔叔点点
            RBNode<T> uncle = gparent.right;
            //case1:叔叔节点是红色
            if (uncle != null && isRed(uncle)) {
                //把父亲和叔叔节点涂黑色
                parent.color = BLACK;
                uncle.color = BLACK;
                //把祖父节点图红色
                gparent.color = RED;
                //将位置放到祖父节点
                node = gparent;
                //继续往上循环判断
                continue;
            }

            //case2：叔叔节点是黑色，且当前节点是右子节点
            if (node == parent.right) {
                //从父亲即诶单处左旋
                leftRotate(parent);
                //将父节点和自己调换一下，为右旋左准备
                RBNode<T> tmp = parent;
                parent = node;
                node = tmp;
            }
            //case3：叔叔节点是黑色，且当前节点是左子节点
            parent.color = BLACK;
            gparent.color = RED;
            rightRotate(gparent);
        } else {
            //若父亲节点是祖父节点的右子节点，与上面的完全相反，本质一样的
            RBNode<T> uncle = gparent.left;
            //case1:叔叔节点也是红色
            if (uncle != null & isRed(uncle)) {
                parent.color = BLACK;
                uncle.color = BLACK;
                gparent.color = RED;
                node = gparent;
                continue;
            }

            //case2: 叔叔节点是黑色的，且当前节点是左子节点
            if (node == parent.left) {
                rightRotate(parent);
                RBNode<T> tmp = parent;
                parent = node;
                node = tmp;
            }
            //case3: 叔叔节点是黑色的，且当前节点是右子节点
            parent.color = BLACK;
            gparent.color = RED;
            leftRotate(gparent);
        }
    }
    //将根节点设置为黑色
    this.mRoot.color = BLACK;
}

删除

删除保证平衡的方法也是通过和插入相同的方法保证平衡.

红黑树的删除操作是最复杂的操作，复杂的地方就在于当删除了黑色节点的时候，如何从兄弟节点去借调黑节点，以保证树的颜色符合定义。由于红色的兄弟节点是没法借调出黑节点的，这样只能通过旋转操作让他上升到父节点，而由于它是红节点，所以它的子节点就是黑的，可以借调。

还是通过总结成case的方式来处理:

如果需要删除的节点颜色为红色，那么红黑树的结构不被破坏，也就不需要进行调整。如果我们判断删除节点的颜色为黑色，那么就进行调整；

1. 如果删除节点的左孩子和右孩子不同时为null，那么只需要让其子树继承删除该节点的位置；
2. 如果删除的节点是叶子节点，我们直接进行调整；

假如删除节点的左右孩子都不是null，需要后继节点替换被删除的节点和值和颜色，这样才不会引起红黑树平衡的破坏，只需要对后继节点删除后进行调整，这样我们就回归处理情况 1 和 2 的状态；
- 后继节点为左子树最右边的子叶节点；
- 后继节点为右子树最左边的叶子节点；

删除情况比较复杂 我们先看删除的代码:

/*********************** 删除红黑树中的节点 **********************/
public void remove(T key) {
    RBNode<T> node;
    if ((node = search(mRoot, key)) != null) {
        remove(node);
    }
}

/**
 * 1、被删除的节点没有儿子，即删除的是叶子节点。那么，直接删除该节点。
 * 2、被删除的节点只有一个儿子。那么直接删除该节点，并用该节点的唯一子节点顶替它的初始位置。
 * 3、被删除的节点有两个儿子。那么先找出它的后继节点（右孩子中的最小的，该孩子没有子节点或者只有一右孩子）。
 *    然后把"它的后继节点的内容"复制给"该节点的内容"；之后，删除"它的后继节点"。
 *    在这里后继节点相当与替身，在将后继节点的内容复制给"被删除节点"之后，再将后继节点删除。
 *    ------这样问题就转化为怎么删除后继即节点的问题？
 *    在"被删除节点"有两个非空子节点的情况下，它的后继节点不可能是双子都非空。
 *    注：后继节点为补充被删除的节点；
 *    即：意味着"要么没有儿子，要么只有一个儿子"。
 *    若没有儿子，则回归到（1）。
 *    若只有一个儿子，则回归到（2）。
 *
 * @param node  需要删除的节点
 */
public void remove(RBNode<T> node) {
    RBNode<T> child, parent;
    boolean color;
    //1、删除的节点的左右孩子都不为空
    if ((node.left != null) && (node.right != null)) {
        //先找到被删除节点的后继节点，用它来取代被删除节点的位置
        RBNode<T> replace = node;
        //1).获取后继节点[右孩子中的最小]
        replace = replace.right;
        while (replace.left != null) {
            replace = replace.left;
        }
        //2).处理【后继节点的子节点】和【被删除节点的子节点】之间的关系
        if (node.parent != null) {
            //要删除的节点不是根节点
            if (node == node.parent.left) {
                node.parent.left = replace;
            } else {
                node.parent.right = replace;
            }
        } else {
            mRoot = replace;
        }

        //3).处理【后继节点的子节点】和【被删除节点的子节点】之间的关系
        //后继节点肯定不存在左子节点
        child = replace.right;
        parent = replace.parent;
        //保存后继节点的颜色
        color = replace.color;
        //后继节点是被删除的节点
        if (parent == node) {
            parent =replace;
        } else {
            if (child != null) {
                child.parent = parent;
            }
            parent.left = child;
            replace.right = node.right;
            node.right.parent = replace;
        }
        replace.parent = node.parent;
        replace.color = node.color;
        replace.left = node.left;
        node.left.parent = replace;
        //4。如果移走的后继节点颜色是黑色，重新修正红黑树
        if (color == BLACK) {
            removeFixUp(child, parent);
        }
        node = null;
    } else {
        //被删除的节点是叶子节点，或者只有一个孩子。
        if (node.left != null) {
            child = node.left;
        } else {
            child = node.right;
        }
        parent = node.parent;
        //保存"取代节点"的颜色
        color = node.color;
        if (child != null) {
            child.parent = parent;
        }
        //"node节点"不是根节点
        if (parent != null) {
            if (parent.left == node) {
                parent.left = child;
            } else {
                parent.right = child;
            }
        } else {
            mRoot = child;
        }
        if (color == BLACK) {
            removeFixUp(child, parent);
        }
        node = null;
    }
}

删除之节点调整

但是删除之后呢?还需要重新维持平衡保持平衡的方法参数是后继节点和删除的父节点
下边我们讨论一下节点的颜色情况：因为当前节点的颜色一定是黑色的，我们只根据兄弟节点的颜色做讨论。

1. 待删除的节点的兄弟节点是红色的节点。
2. 待删除的节点的兄弟节点是黑色的节点，且兄弟节点的子节点都是黑色的。
3. 待调整的节点的兄弟节点是黑色的节点，且兄弟节点的左子节点是红色的，右节点是黑色的(兄弟节点在右边)，如果兄弟节点在左边的话，就是兄弟节点的右子节点是红色的，左节点是黑色的。
4. 待调整的节点的兄弟节点是黑色的节点，且右子节点是是红色的(兄弟节点在右边)，如果兄弟节点在左边，则就是对应的就是左节点是红色的。

删除操作-case 1

由于兄弟节点是红色节点的时候，无法借调黑节点，所以需要将兄弟节点提升到父节点，由于兄弟节点是红色的，根据RBTree的定义，兄弟节点的子节点是黑色的，就可以从它的子节点借调了。

case 1这样转换之后就会变成后面的case 2，case 3，或者case 4进行处理了。上升操作需要对C做一个左旋操作，如果是镜像结构的树只需要做对应的右旋操作即可。

之所以要做case 1操作是因为兄弟节点是红色的，无法借到一个黑节点来填补删除的黑节点。

删除操作-case 2

case 2的删除操作是由于兄弟节点可以消除一个黑色节点，因为兄弟节点和兄弟节点的子节点都是黑色的，所以可以将兄弟节点变红，这样就可以保证树的局部的颜色符合定义了。这个时候需要将父节点A变成新的节点，继续向上调整，直到整颗树的颜色符合RBTree的定义为止。

case 2这种情况下之所以要将兄弟节点变红，是因为如果把兄弟节点借调过来，会导致兄弟的结构不符合RBTree的定义，这样的情况下只能是将兄弟节点也变成红色来达到颜色的平衡。当将兄弟节点也变红之后，达到了局部的平衡了，但是对于祖父节点来说是不符合定义4的。这样就需要回溯到父节点，接着进行修复操作。

删除操作-case 3

case 3的删除操作是一个中间步骤，它的目的是将左边的红色节点借调过来，这样就可以转换成case 4状态了，在case 4状态下可以将D，E节点都阶段过来，通过将两个节点变成黑色来保证红黑树的整体平衡。

之所以说case-3是一个中间状态，是因为根据红黑树的定义来说，下图并不是平衡的，他是通过case 2操作完后向上回溯出现的状态。之所以会出现case 3和后面的case 4的情况，是因为可以通过借用侄子节点的红色，变成黑色来符合红黑树定义4.

删除操作-case 4

Case 4的操作是真正的节点借调操作，通过将兄弟节点以及兄弟节点的右节点借调过来，并将兄弟节点的右子节点变成红色来达到借调两个黑节点的目的，这样的话，整棵树还是符合RBTree的定义的。

Case 4这种情况的发生只有在待删除的节点的兄弟节点为黑，且子节点不全部为黑，才有可能借调到两个节点来做黑节点使用，从而保持整棵树都符合红黑树的定义。

删除操作的总结

红黑树的删除操作是最复杂的操作，复杂的地方就在于当删除了黑色节点的时候，如何从兄弟节点去借调节点，以保证树的颜色符合定义。由于红色的兄弟节点是没法借调出黑节点的，这样只能通过选择操作让他上升到父节点，而由于它是红节点，所以它的子节点就是黑的，可以借调。

对于兄弟节点是黑色节点的可以分成3种情况来处理，当所以的兄弟节点的子节点都是黑色节点时，可以直接将兄弟节点变红，这样局部的红黑树颜色是符合定义的。但是整颗树不一定是符合红黑树定义的，需要往上追溯继续调整。

对于兄弟节点的子节点为左红右黑或者 (全部为红，右红左黑)这两种情况，可以先将前面的情况通过选择转换为后一种情况，在后一种情况下，因为兄弟节点为黑，兄弟节点的右节点为红，可以借调出两个节点出来做黑节点，这样就可以保证删除了黑节点，整棵树还是符合红黑树的定义的，因为黑色节点的个数没有改变。

红黑树的删除操作是遇到删除的节点为红色，或者追溯调整到了root节点，这时删除的修复操作完毕。

看一下调整平衡的代码:

/**
 * 红黑树删除修正函数
 *
 * 在从红黑树中删除插入节点之后(红黑树失去平衡)，再调用该函数；
 * 目的是将它重新塑造成一颗红黑树。
 * 如果当前待删除节点是红色的，它被删除之后对当前树的特性不会造成任何破坏影响。
 * 而如果被删除的节点是黑色的，这就需要进行进一步的调整来保证后续的树结构满足要求。
 * 这里我们只修正删除的节点是黑色的情况：
 *
 * 调整思想：
 * 为了保证删除节点的父节点左右两边黑色节点数一致，需要重点关注父节点没删除的那一边节点是不是黑色。
 * 如果删除后父亲节点另一边比删除的一边黑色多，就要想办法搞到平衡。
 * 1、把父亲节点另一边（即删除节点的兄弟树）其中一个节点弄成红色，也少了一个黑色。
 * 2、或者把另一边多的节点（染成黑色）转过来一个
 *
 * 1）、当前节点是黑色的，且兄弟节点是红色的（那么父节点和兄弟节点的子节点肯定是黑色的）；
 * 2）、当前节点是黑色的，且兄弟节点是黑色的，且兄弟节点的两个子节点均为黑色的；
 * 3）、当前节点是黑色的，且兄弟节点是黑色的，且兄弟节点的左子节点是红色，右子节点时黑色的；
 * 4）、当前节点是黑色的，且兄弟节点是黑色的，且兄弟节点的右子节点是红色，左子节点任意颜色。
 *
 * 以上四种情况中，2，3，4都是（当前节点是黑色的，且兄弟节点是黑色的）的子集。
 *
 * 参数说明：
 * @param node 删除之后代替的节点（后序节点）
 * @param parent 后序节点的父节点
 */
private void removeFixUp(RBNode<T> node, RBNode<T> parent) {
    RBNode<T> other;
    RBNode<T> root = mRoot;
    while ((node == null || node.color == BLACK) && node != root) {
        if (parent.left == node) {
            other = parent.right;
            if (other.color == RED) {
                //case 1：x的兄弟w是红色的【对应状态1，将其转化为2，3，4】
                other.color = BLACK;
                parent.color = RED;
                leftRotate(parent);
                other = parent.right;
            }

            if ((other.left == null || other.left.color == BLACK)
                    && (other.right == null || other.right.color == BLACK)) {
                //case 2：x的兄弟w是黑色，且w的两个孩子都是黑色的【对应状态2，利用调整思想1网树的根部做递归】
                other.color = RED;
                node = parent;
                parent = node.parent;
            } else {
                if (other.right == null || other.right.color == BLACK) {
                    //case 3:x的兄弟w是黑色的，并且w的左孩子是红色的，右孩子是黑色的【对应状态3，调整到状态4】
                    other.left.color = BLACK;
                    other.color = RED;
                    rightRotate(other);
                    other = parent.right;
                }
                //case 4:x的兄弟w是黑色的；并且w的右孩子是红色的，左孩子任意颜色【对应状态4，利用调整思想2做调整】
                other.color = parent.color;
                parent.color = BLACK;
                other.right.color = BLACK;
                leftRotate(parent);
                node = root;
                break;
            }
        } else {
            other = parent.left;
            if (other.color == RED) {
                //case 1:x的兄弟w是红色的
                other.color = BLACK;
                parent.color = RED;
                rightRotate(parent);
                other = parent.left;
            }

            if ((other.left == null || other.left.color == BLACK)
                    && (other.right == null || other.right.color == BLACK)) {
                //case 2:x兄弟w是黑色，且w的两个孩子也都是黑色的
                other.color = RED;
                node = parent;
                parent = node.parent;
            } else {
                if (other.left == null || other.left.color == BLACK) {
                    //case 3:x的兄弟w是黑色的，并且w的左孩子是红色，右孩子为黑色。
                    other.right.color = BLACK;
                    other.color = RED;
                    leftRotate(other);
                    other = parent.left;
                }
                //case 4:x的兄弟w是黑色的；并且w的右孩子是红色的，左孩子任意颜色。
                other.color = parent.color;
                parent.color = BLACK;
                other.left.color = BLACK;
                rightRotate(parent);
                node = root;
                break;
            }
        }
    }
    if (node != null) {
        node.color = BLACK;
    }
}

HashMap 中的其他方法

treeifyBin方法

/**
 * tab：元素数组，
 * hash：hash值（要增加的键值对的key的hash值）
 */
final void treeifyBin(Node<K,V>[] tab, int hash) {
 
    int n, index; Node<K,V> e;
    /*
     * 如果元素数组为空 或者 数组长度小于 树结构化的最小限制
     * MIN_TREEIFY_CAPACITY 默认值64，对于这个值可以理解为：如果元素数组长度小于这个值，没有必要去进行结构转换
     * 当一个数组位置上集中了多个键值对，那是因为这些key的hash值和数组长度取模之后结果相同。（并不是因为这些key的hash值相同）
     * 因为hash值相同的概率不高，所以可以通过扩容的方式，来使得最终这些key的hash值在和新的数组长度取模之后，拆分到多个数组位置上。
     */
    if (tab == null || (n = tab.length) < MIN_TREEIFY_CAPACITY)
        resize(); // 扩容
 
    // 如果元素数组长度已经大于等于了 MIN_TREEIFY_CAPACITY，那么就有必要进行结构转换了
    // 根据hash值和数组长度进行取模运算后，得到链表的首节点
    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) // 如果尾节点为空，说明还没有根节点
                hd = p; // 首节点（根节点）指向 当前节点
            else { // 尾节点不为空，以下两行是一个双向链表结构
                p.prev = tl; // 当前树节点的 前一个节点指向 尾节点
                tl.next = p; // 尾节点的 后一个节点指向 当前节点
            }
            tl = p; // 把当前节点设为尾节点
        } 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
 
        // 把转换后的双向链表，替换原来位置上的单向链表
        if ((tab[index] = hd) != null)
            hd.treeify(tab);//此处单独解析
    }
}

putTreeVal方法

/**
 * 当存在hash碰撞的时候，且元素数量大于8个时候，就会以红黑树的方式将这些元素组织起来
 * map 当前节点所在的HashMap对象
 * tab 当前HashMap对象的元素数组
 * h   指定key的hash值
 * k   指定key
 * v   指定key上要写入的值
 * 返回：指定key所匹配到的节点对象，针对这个对象去修改V（返回空说明创建了一个新节点）
 */
final TreeNode<K,V> putTreeVal(HashMap<K,V> map, Node<K,V>[] tab,
                                int h, K k, V v) {
    Class<?> kc = null; // 定义k的Class对象
    boolean searched = false; // 标识是否已经遍历过一次树，未必是从根节点遍历的，但是遍历路径上一定已经包含了后续需要比对的所有节点。
    TreeNode<K,V> root = (parent != null) ? root() : this; // 父节点不为空那么查找根节点，为空那么自身就是根节点
    for (TreeNode<K,V> p = root;;) { // 从根节点开始遍历，没有终止条件，只能从内部退出
        int dir, ph; K pk; // 声明方向、当前节点hash值、当前节点的键对象
        if ((ph = p.hash) > h) // 如果当前节点hash 大于 指定key的hash值
            dir = -1; // 要添加的元素应该放置在当前节点的左侧
        else if (ph < h) // 如果当前节点hash 小于 指定key的hash值
            dir = 1; // 要添加的元素应该放置在当前节点的右侧
        else if ((pk = p.key) == k || (k != null && k.equals(pk))) // 如果当前节点的键对象 和 指定key对象相同
            return p; // 那么就返回当前节点对象，在外层方法会对v进行写入
 
        // 走到这一步说明 当前节点的hash值  和 指定key的hash值  是相等的，但是equals不等
        else if ((kc == null &&
                    (kc = comparableClassFor(k)) == null) ||
                    (dir = compareComparables(kc, k, pk)) == 0) {
 
            // 走到这里说明：指定key没有实现comparable接口   或者   实现了comparable接口并且和当前节点的键对象比较之后相等（仅限第一次循环）
        
 
            /*
             * searched 标识是否已经对比过当前节点的左右子节点了
             * 如果还没有遍历过，那么就递归遍历对比，看是否能够得到那个键对象equals相等的的节点
             * 如果得到了键的equals相等的的节点就返回
             * 如果还是没有键的equals相等的节点，那说明应该创建一个新节点了
             */
            if (!searched) { // 如果还没有比对过当前节点的所有子节点
                TreeNode<K,V> q, ch; // 定义要返回的节点、和子节点
                searched = true; // 标识已经遍历过一次了
                /*
                 * 红黑树也是二叉树，所以只要沿着左右两侧遍历寻找就可以了
                 * 这是个短路运算，如果先从左侧就已经找到了，右侧就不需要遍历了
                 * find 方法内部还会有递归调用。参见：find方法解析
                 */
                if (((ch = p.left) != null &&
                        (q = ch.find(h, k, kc)) != null) ||
                    ((ch = p.right) != null &&
                        (q = ch.find(h, k, kc)) != null))
                    return q; // 找到了指定key键对应的
            }
 
            // 走到这里就说明，遍历了所有子节点也没有找到和当前键equals相等的节点
            dir = tieBreakOrder(k, pk); // 再比较一下当前节点键和指定key键的大小
        }
 
        TreeNode<K,V> xp = p; // 定义xp指向当前节点
        /*
        * 如果dir小于等于0，那么看当前节点的左节点是否为空，如果为空，就可以把要添加的元素作为当前节点的左节点，如果不为空，还需要下一轮继续比较
        * 如果dir大于等于0，那么看当前节点的右节点是否为空，如果为空，就可以把要添加的元素作为当前节点的右节点，如果不为空，还需要下一轮继续比较
        * 如果以上两条当中有一个子节点不为空，这个if中还做了一件事，那就是把p已经指向了对应的不为空的子节点，开始下一轮的比较
        */
        if ((p = (dir <= 0) ? p.left : p.right) == null) {  
            // 如果恰好要添加的方向上的子节点为空，此时节点p已经指向了这个空的子节点
            Node<K,V> xpn = xp.next; // 获取当前节点的next节点
            TreeNode<K,V> x = map.newTreeNode(h, k, v, xpn); // 创建一个新的树节点
            if (dir <= 0)
                xp.left = x;  // 左孩子指向到这个新的树节点
            else
                xp.right = x; // 右孩子指向到这个新的树节点
            xp.next = x; // 链表中的next节点指向到这个新的树节点
            x.parent = x.prev = xp; // 这个新的树节点的父节点、前节点均设置为 当前的树节点
            if (xpn != null) // 如果原来的next节点不为空
                ((TreeNode<K,V>)xpn).prev = x; // 那么原来的next节点的前节点指向到新的树节点
            moveRootToFront(tab, balanceInsertion(root, x));// 重新平衡，以及新的根节点置顶
            return null; // 返回空，意味着产生了一个新节点
        }
    }
}

hashcode() & equals()

在Object类中，hashCode()返回的并不是对象在内存中的物理存储地址，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

用于对象运行过程中，识别对象 同一个对象在运行期，哈希值不变
这个方法比equals快

一些特点:

1. hashCode的存在主要是用于查找的快捷性，如Hashtable，HashMap等，hashCode是用来在散列存储结构中确定对象的存储地址的；
2. 如果两个对象相同，就是适用于equals(java.lang.Object) 方法，那么这两个对象的hashCode一定要相同；
3. 如果对象的equals方法被重写，那么对象的hashCode也尽量重写，并且产生hashCode使用的对象，一定要和equals方法中使用的一致，否则就会违反上面提到的第2点；
4. 两个对象的hashCode相同，并不一定表示两个对象就相同，也就是不一定适用于equals(java.lang.Object) 方法，只能够说明这两个对象在散列存储结构中，如Hashtable，他们“存放在同一个篮子里”。

成环

首先说明 明知道Hashmap线程不安全 还用把它用在多线程环境怕不是脑子有坑
但是经典的成环问题还是可以让我们对扩容有更好的了解 值得研究一下

**1. 首先两个线程开始扩容 **

图1

来看一下代码:

问题都出现在红框代码上 如果其中一个线程正好到这一步的时候被挂起.就会出现问题.假设A正常执行B被挂起.

B被挂起时的状态
e -> Entry3
next -> Entry2

2. A执行完成

图2

B的状态还是:
e -> Entry3
next -> Entry2

3. B还是正常执行

图3

到这里开始看上去很正常 因为开始时B的状态还是正常的(被挂起时确定的)

然而现在B的状态不对了
e -> Entry2
next -> Entry3

和之前对比 发现e和next完全反了 原因是A扩容后在原位的节点反向了

图4

图4,B的状态
e -> Entry3
next -> Entry3.next = null

这时B下一个将要操作的节点又变成了Entry3, 也就是 Entry2.next = Entry3 那样必然就形参了循环

成环

就是这样~