Java集合HashMap

概述

①以数组+链表+红黑树实现。主要用来处理具有键值对特征的数据。
②当链表长度大于阈值（或者红黑树的边界值，默认为 8 ）并且当前数组的长度大于 64 时，此时此索引位置上的所有数据改为使用红黑树存储。
③补充：将链表转换成红黑树前会判断，即便阈值大于 8，但是数组长度小于 64，此时并不会将链表变为红黑树，而是选择逬行数组扩容。
④每个Node节点存储着用来定位数据索引位置的hash值，K键，V值以及指向链表下一个节点的Node<K,V> next节点组成。
⑤Node是HashMap的内部类，实现了Map.Entry接口，本质是一个键值对。
⑥这样做的目的是因为数组比较小，尽量避开红黑树结构，这种情况下变为红黑树结构，反而会降低效率，因为红黑树需要逬行左旋，右旋，变色这些操作来保持平衡。同时数组长度小于64时，搜索时间相对要快些。所以结上所述为了提高性能和减少搜索时间，底层阈值大于8并且数组长度大于64时，链表才转换为红黑树。

重要的参数

①容量(Capacity)和负载因子(Load factor）
②初始容量：容量是哈希表中桶的个数，初始容量是创建哈希表时的容量。
③负载因子：负载因子是衡量哈希表在自动增加容量之前允许其达到多满的指标。 默认0.75
④threshold：threshold表示所能容纳的键值对的临界值。计算公式为 数组长度 * 负载因子。
⑤size：size是hashmap中实际存在的键值对数量。
⑥modCount：用来记录hashmap内部结构发生变化的次数。

put函数的实现

大致思路：

对key的hashCode()做hash，然后再计算index;
如果没碰撞直接放到bucket里；
如果碰撞了，以链表的形式存在buckets后；
如果碰撞导致链表过长(大于等于 TREEIFY_THRESHOLD )就把链表转换成红黑树；
如果节点已经存在就替换old value(保证key的唯一性)
如果bucket满了(超过 load factor*current capacity )，就要resize(调整大小)。

get函数的实现

大致思路：

• bucket里的第一个节点，直接命中；
• 如果有冲突，则通过key.equals(k)去查找对应的entry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)。

hash函数的实现

//高16bit不变，低16bit和高16bit做了一个异或
static final int hash(Object key) {
    int h;
    return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
}

获取HashMap的元素时，基本分两步：

• 1.首先根据hashCode()做hash，然后确定bucket的index；
• 2.如果bucket的节点的key不是我们需要的，则通过keys.equals()在链表(红黑树)中找。

RESIZE的实现

当put时，如果发现目前的bucket占用程度已经超过了Load Factor所希望的比例，那么就会发生resize。

在resize的过程，简单的说就是把bucket扩充为2倍，之后重
新计算index，把节点再放到新的bucket中。元素的位置要么是在原位置，要么是在原位置再移动2次幂的位置。省去了重新计算hash值的时间，把之前的冲突的节点分散到新的bucket了

什么时候会使用HashMap？他有什么特点？

是基于Map接口的实现，存储键值对时，它可以接收null的键值，是非同步的，HashMap存储着Entry(hash, key, value, next)对象。
** 你知道HashMap的工作原理吗？**
通过hash的方法，通过put和get存储和获取对象。存储对象时，我们将K/V传给put方法时，它调用hashCode计算hash从而得到bucket位置，进一步存储，HashMapJava集合——HashMap会根据当前bucket的占用情况自动调整容量(超过 Load Facotr 则resize为原来的2倍)。获取对象时，我们将K传给get，它调用hashCode计算hash从而得到bucket位置，并进一步调用equals()方法确定键值对。如果发生碰撞的时候，Hashmap通过链表将产生碰撞冲突的元素组织起来，在Java 8中，如果一个bucket中碰撞冲突的元素超过某个限制(默认是8)，则使用红黑树来替换链表，从而提高速度。

你知道get和put的原理吗？equals()和hashCode()的都有什么作用？

通过对key的hashCode()进行hashing，并计算下标( (n-1) & hash )，从而获得buckets的位置。如果产生碰撞，则利用key.equals()方法去链表或树中去查找对应的节点。

hash的实现，为什么要这样实现？

在Java 1.8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。

如果HashMap的大小超过了负载因子( load factor )定义的容量，怎么办？

如果超过了负载因子(默认0.75)，则会重新resize一个原来长度两倍的HashMap，并且重新调用hash方法。