HashMap概述

• HashMap 是基于哈希表的 Map 接口的非同步实现，非线程安全。此实现提供所有可选的映射操作，并允许使用 null 值和 null 键。此类不保证映射的顺序，特别是它不保证该顺序恒久不变

• 特点：基于Map接口实现、允许null键/值、非同步、不保证有序(比如插入的顺序)、也不保证序不随时间变化

put方法

put函数大致思路：

• 对key进行hash方法计算得到hash值，hash&（n-1）得到bucket的index
• 没有碰撞就直接初始化Node存在对应的bucket中
• 如果碰撞了,碰撞的bucket当前为链表的话，使用尾插法插入链表中，插入后导致链表长度（>=TREEIFY_THRESHOLD）,就把链表转化为红黑树
• 如果碰撞了并且当前bucket为红黑树的话，直接插入
• 如果节点已经存在了，就替换old value（由onlyIfAbsent参数决定）
• 如果bucket满了（超过load factor*current capacity）resize

    public V put(K key, V value) {
        return putVal(hash(key), key, value, false, true);
    }
    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;
    }

get方法

get方法相对于put方法而言，比较简单，主要思路如下：

• 根据key计算相关的hash值，（n-1）& hash得到bucket的index，不存在就返回null
• 存在对应的bucket，先判断第一个节点是否与key equals（这里总是先check第一个node原因是当前bucket有可能是链表或者红黑树结构，只有第一个node判断方式一致）
• 当第一个nod不equals时，根据当前节点是tree结构还是list结构进行相应的判断操作
• • 若为树，则在树中通过key.equals(k)查找，O(logn)；
• • 若为链表，则在链表中通过key.equals(k)查找，O(n)。

    public V get(Object key) {
        Node<K,V> e;
        return (e = getNode(hash(key), key)) == null ? null : e.value;
    }

    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;
    }

hash 方法比较

jdk7

//h == key.hashCode()
    static int hash(int h) {
        h ^= (h >>> 20) ^ (h >>> 12);
        return h ^ (h >>> 7) ^ (h >>> 4);
    }

jdk8

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

在Java8的实现中，是通过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，这么做可以在bucket的n比较小的时候，也能保证考虑到高低bit都参与到hash的计算中，同时不会有太大的开销。相对于java7，在n比较小的时候，碰撞概率小一点

hash 计算方式

hash.png
WechatIMG25763.png

resize

当执行put时，bucket占用程度已经超过了Load Factor的比例，就会发生resize，在resize的过程中，把当前bucket个数扩充为两倍，重新计算index。再把节点放到新的bucket中。因为扩充到原来的两倍，所以只是在n上多了一位bit为1的位数，原来的hash&（n-1） 的值，如果在新扩充的那一位为1的话，就分配到原索引+oldCap

，为0的话，位置不变。

hashMap resize.png

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;
}

相关方法

Returns a power of two size for the given target capacity.（返回大于cap数值的最小的2指数次幂结果）

eg: cap = 10 return 16

 static final int tableSizeFor(int cap) {
        int n = cap - 1;
        n |= n >>> 1;
        n |= n >>> 2;
        n |= n >>> 4;
        n |= n >>> 8;
        n |= n >>> 16;
        return (n < 0) ? 1 : (n >= MAXIMUM_CAPACITY) ? MAXIMUM_CAPACITY : n + 1;
    }

Float.isNaN(loadFactor）

        float f = 0.0f;
        float d = 0.0f;
        System.out.println(Float.isNaN(f / d));//true
        System.out.println(f / d);//NaN
        System.out.println(f / d != f / d);//true

JDK中float和double有一个方法isNan,该方法用于描述非法的float,经过多次运算float值可能会出现非法情况，如除数为0.0
在Float中NaN实际上是引用类型，而不是值类型，每一个NaN都是不同的对象。

线程不安全

1、在多线程的环境下，进行put()的时候会导致多线程的数据不一致。

例如有A、B两个线程，首先假设A获得CPU的执行权，A开始向HashMap中添加数据，先计算key的hash值，计算元素落到桶的索引坐标，然后获取到了桶里面的链表头结点，此时线程A的时间片用完了，线程B获得了cpu的执行权，线程B和线程A一样执行操作，只不过B成功的将元素添加到HashMap中了，此时线程A获得cpu执行权，假设A线程要插入的元素计算得到在桶中的索引和线程B插入元素的索引一样，线程B插入成功之后，线程A执行，此时线程A插入的数据会覆盖掉线程B插入的数据，这样线程B插入的记录就会凭空消失，造成了数据不一致。

2、在多线程的环境下，执行get()元素的时候可能会因为扩容引起死循环

HashMap是采用链表解决Hash冲突，因为是链表结构，那么就容易形成闭合链路，这样在循环的时候只要有线程对这个HashMap进行get操作就会产生死循环。在单线程的情况下，只有一个线程对HashMap数据结构进行操作，是不可能产生闭合回路的，当put的时候，如果size>initialCapacity*loadFactor，那么这时候HashMap就会进行rehash操作，随之HashMap的结构就会发生翻天覆地的变化。很有可能两个线程就是在这个时候同时出发rehash操作，产生了闭合回路。

总结

1. equals()和hashCode()都有的作用：

   HashMap中主要使用hashCode计算定位bucket，equals进一步判断数据相等。重写equals必须重写hashCode。只重写equals而不重写hashcode，那么hashcode方法就是Object默认的hashcode方法，由于默认的hashcode方法是根据对象的内存地址经哈希算法得来的。导致属性相同的对象hashCode不同。重写hashCode可以不用重写equals。