Java HashMap的工做原理 及各类Map区别

1、Java HashMap的工做原理

jdk1.7下HashMap数据结构：数组加链表，链表长度没有8的限制；

jdk1.8 HashMap数据结构：数组+链表+红黑树；链表超过8会转存为红黑树；

1.jdk1.8 中HashMap的put工做原理：

1）、对key作null检查。若是key是null，会被存储到table[0]，由于null的hash值老是0。

2）、判断当前桶是否为空，空的就须要初始化（resize 中会判断是否进行初始化）

给定的默认容量为 16，负载因子为 0.75。Map 在使用过程当中不断的往里面存放数据，当数量达到了 16 * 0.75 = 12 就须要将当前 16 的容量进行扩容，而扩容这个过程涉及到 rehash、复制数据等操做，因此很是消耗性能。

3）、获取key的hashCode值（能够理解为内存地址位置，如：3254239），并对该32位hashCode值进行高低16位的异或运算；获得hash值（如：3812）；(key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);

4）、将获取到的hash值进行一个求模运算（至关于3812%16），获得该key对应的索引位置；if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)；该位置确定不会超过16位；

5）、根据当前 key 的 hashcode 定位到具体的桶中并判断是否为空，为空代表没有 Hash 冲突就直接在当前位置建立一个新桶便可。

6）、若是当前桶有值（ Hash 冲突），那么就要比较当前桶中的 key、key 的 hashcode 与写入的 key 是否相等，相等就赋值给 e,在第 8 步的时候会统一进行赋值及返回。

7）、若是当前桶为红黑树，那就要按照红黑树的方式写入数据。

8）、若是是个链表，就须要将当前的 key、value 封装成一个新节点写入到当前桶的后面（造成链表）。

9）、接着判断当前链表的大小是否大于预设的阈值，大于时就要转换为红黑树。

10）、若是在遍历过程当中找到 key 相同时直接退出遍历。

11）、若是 e != null 就至关于存在相同的 key,那就须要将值覆盖。

12）、最后判断是否须要进行扩容。

2.jdk1.8 中HashMap的get工做原理：
1）、计算hash部分跟put相同；

2）、首先将 key hash 以后取得所定位的桶。

3）、若是桶为空则直接返回 null 。

4）、不然判断桶的第一个位置(有多是链表、红黑树)的 key 是否为查询的 key，是就直接返回 value。

5）、若是第一个不匹配，则判断它的下一个是红黑树仍是链表。

6）、红黑树就按照树的查找方式返回值。

7）、否则就按照链表的方式遍历匹配返回值。

问题1：HashMap为什么要进行hash计算？hash函数是怎么运算的？

尽可能让node落点分布均匀，减小碰撞的一个几率，若是碰撞几率高了，就势必致使数组下标下的链表长度太长；

运算方式：将获取到的32位hash值，分红高16位和低16位，再将高16位移到低16位进行异或运算； 

32位：3254239,经过异或运算后，3812，

table[3812]越界，再作个求模运算3812%16=，必定不会超过16位；hash%n===(n-1)&hash,速度快，效率高；
问题2：数组扩容，2倍扩容；为何是2的N次幂；就是由于hash算法这(n-1)&hash；要符合这算法；必须是这样；

resize()方法中的扩容：newThr = oldThr << 1; // double threshold

问题3：可是 HashMap 原有的问题也都存在，好比在并发场景下使用时容易出现死循环。

HashMap 扩容的时候会调用 resize() 方法，就是这里的并发操做容易在一个桶上造成环形链表；这样当获取一个不存在的 key 时，计算出的 index 正好是环形链表的下标就会出现死循环。

 

2、Hashtable、LinkedHashMap、TreeMap、SortedMap、WeakHashMap、IdentityHashMap、ConcurrentHashMap的区别:
(1) HashMap与HashTable的区别：
a.Hashtable中的对象是线程安全的。而HashMap则是异步的，所以HashMap中的对象并非线程安全的。由于同步的要求会影响执行的效率，因此若是你不须要线程安全的集合那么使用

HashMap是一个很好的选择，这样能够避免因为同步带来的没必要要的性能开销，从而提升效率。
b.值：HashMap可让你将空值做为一个表的条目的key或value，可是Hashtable是不能放入空值的。HashMap最多只有一个key值为null，但能够有无数多个value值为null。
注意：
一、用做key的对象必须实现hashCode和equals方法。
二、不能保证其中的键值对的顺序
三、尽可能不要使用可变对象做为它们的key值。
(2) LinkedHashMap：
     它的父类是HashMap，使用双向链表来维护键值对的次序，迭代顺序与键值对的插入顺序保持一致。LinkedHashMap须要维护元素的插入顺序，插入性能略低于HashMap，但在迭代访问元

素时有很好的性能，由于它是以链表来维护内部顺序。
(3) TreeMap和SortedMap:
Map接口派生了一个SortMap子接口，SortMap的实现类为TreeMap。TreeMap也是基于红黑树对全部的key进行排序，有两种排序方式：天然排序和定制排序。HashMap一般比TreeMap快一点(树

和哈希表的数据结构使然)，建议多使用HashMap，在须要排序的Map时候才用TreeMap。
(4) WeakHashMap：
 WeakHashMap与HashMap的用法基本相同，区别在于：后者的key保留对象的强引用，即只要HashMap对象不被销毁，其对象全部key所引用的对象不会被垃圾回收;WeakHashMap适合短期内就过时的缓存时最好使用weakHashMap，它包含了一个自动调用的方法expungeStaleEntries，这样就会在值被引用后直接执行这个隐含的方法，将不用的键清除掉。
(5) IdentityHashMap类：
IdentityHashMap与HashMap基本类似，只是当两个key严格相等时，即key1==key2时，它才认为两个key是相等的 。IdentityHashMap也容许使用null，但不保证键值对之间的顺序。
(6) EnumMap类：
一、EnumMap中全部key都必须是单个枚举类的枚举值，建立EnumMap时必须显示或隐式指定它对应的枚举类。
二、EnumMap根据key的天然顺序，即枚举值在枚举类中定义的顺序，来维护键值对的次序。
三、EnumMap不容许使用null做为key值，但value能够。
(7) ConcurrentHashMap：
1.ConcurrentHashMap对整个桶数组进行了分段，而HashMap则没有
2.ConcurrentHashMap在每个分段上都用锁进行保护，从而让锁的粒度更精细一些，并发性能更好，而HashMap没有锁机制，不是线程安全的。

ConcurrentHashMap如何进行扩容的？

当往hashMap中成功插入一个key/value节点时,有可能触发扩容动做:

一、若是新增节点以后，所在链表的元素个数达到了阈值 8，则会调用treeifyBin方法把链表转换成红黑树，不过在结构转换以前，会对数组长度进行判断

若是数组长度n小于阈值MIN_TREEIFY_CAPACITY，默认是64，则会调用tryPresize方法把数组长度扩大到原来的两倍，并触发transfer方法，从新调整节点的位置。

二、新增节点以后,会调用addCount方法记录元素个数,并检查是否须要进行扩容,当数组元素个数达到阈值时,会触发transfer方法,从新调整节点的位置。

3、红黑树的理解？ 红黑树是一种自平衡二叉查找树，红黑树是一种颇有意思的平衡检索树；每次插入的时候都要进行计算，保证二叉树的平衡；若是有2的N次方数据量级，查询的时候只须要查询N次便可。 咱们对任何有效的红黑树加以以下增补要求:         1.节点是红色或黑色。         2.根是黑色。         3.全部叶子（外部节点）都是黑色。         4.每一个红色节点的两个子节点都是黑色。(从每一个叶子到根的全部路径上不能有两个连续的红色节点)         5.从每一个叶子到根的全部路径都包含相同数目的黑色节点。  这些约束强制了红黑树的关键属性: 从根到叶子的最长的可能路径很少于最短的可能路径的两倍长。结果是这个树大体上是平衡的。