HashMap源码解析

对于HashMap,若是是java程序员，那么定然不会陌生，对于HashMap，应该说是最经常使用的一种Map结构了，一样在面试当中也会屡屡被提问到，常见的几种题目：

• HashMap的默认容量？
• HashMap是如何扩容的？
• HashMap的数组大小为何必定是2的幂？
• HashMap为何是线程不安全的？
• Java7到Java8作了哪些改进？为何？

由于重要，因此我也就学习源码，而且将学习心得记录下来，与你们一块儿学习。

首先 再看HashMap以前，咱们来简单回顾一下哈希表

哈希表是由一些基于哈希值的桶和链表所构成的。哈希桶就是能够快速检索的数据结构，举个例子 若是要寻找电话本的人的联系方式，咱们能够利用拼音的首字母快速定位到这个联系人，存放这些字母的就叫哈希桶。本质上，哈希桶就是 将一个元素映射成一个能够快速检索的哈希值。

哈希桶加上数组就构成了哈希表，数组的好处是随机寻址的速度与长度无关，时间复杂度是O(1)，可是哈希表最大的缺点是会发生碰撞，若是多个元素的哈希值是相同的，那么咱们就说哈希值发生了碰撞，为了解决这个问题，咱们将数组换成了链表，找到哈希值时，经过哈希桶里能够精确的找到所要查找的元素。平均差找时间都是O（1）。在java世界中，咱们用来表达哈希表的数据结构就是HashMap。

哈希桶的实现是由hashcode实现的int hashcode 底下有对象：object1,object2....

 

咱们先来看java7的HashMap。

经典的数据结构：数组加链表。

经过查看源码 咱们能够知晓HashMap的默认容量为你16，若是改变负载因子 而且将初始值设为17 结果会怎么样么？再次点开源码，咱们会发现他会向上取整为2的幂也就是变成了32.以后咱们能够看到负载因子是0.75.

这里有一个问题，就是桶的初始化容量是16个，而咱们的HashCode值是-2^31~2^31-1，42亿个数。那么咱们怎么从任意一个int变成0~n-1。聪明的你确定想到了取余这个想法，可是在这个方法有两个缺点：

• 负数取模仍是负数，因此咱们须要把负数变为正数
• 速率较慢

那么咱们点开源码发现，为了寻找要插入的元素的索引值，作了一个鬼畜的操做：hash&（length-1）,作这样一个位运算，那么这操做正好能够解释为何咱们须要输进去的HashMap的初始容量是2的幂，咱们能够看出hash&（2^n-1），最后的下标就是Hashmap对应的2^n-1的个数下标，之因此把容量定为2的幂，就是由于让2^n-1位运算时拿到的值所有是1，这样作与运算就能够快速找到下标而且分布仍是均匀的（妙啊）。

解释完这个问题 ，咱们来看看是怎么扩容的，根据源码，我么能够看到，当所须要的容量超过原始容量*负载因子（0.75）时，就须要进行扩容，扩容的大小是以前的两倍。而在扩容的过程当中就包含了一个rehash的操做。那么在扩容的时候，会进行transfer也就是将以前的数据进行迁移的操做，遍历全部的元素，而且从新计算哈希值，找到在新表里的索引，把它放进去。这是一个巨坑！！！为了不高位不一样，低位相同，进行了高位与低位的异或操做。

在Java7中的HashMap会有不少问题：

1. 会碰到死锁
2. CVE-2011-1858  TOMCAT邮件组的讨论

对于死锁问题，其实多数是程序员本身的问题，由于HashMap自己就不是线程安全的，当在多个线程中使用hashmap的时候，就必须给他加入同步的环境.

对于TOMCAT邮件组的讨论，是说一个安全问题，若是咱们的多个元素映射成同一个哈希值时，会把哈希表退化成一个链表，而链表的查询的时间复杂度的o（n），那么这个查询速度是很可怕的，若是是被黑客利用精心构造的成千上万个元素，具备一样的哈希值，就能够引发Dos攻击，针对这个问题，sun公司提供了一个小补丁，就是若是检查到元素是String的话那么就该用另一种不一样于默认的hash算法来去避免潜在的危险。

此时，针对于这两个问题，咱们迎来了Java8以后的HashMap

Java8对于以前的HashMap以前作了哪些改进呢？

• 由以前数组/链表--->数组/红黑树
• 扩容时插入顺序的改进
• 函数方法

• foreach
• compute系列

• Map的新API

• merge
• replace

在Java8的源码中，为何变成树的阈值是8？咱们能够看到对于红黑树的容量服从参数为0.5的泊松分布，大于8的桶中的容量是10万分之一，不易发生碰撞。

在进行put操做时，若是超过阈值，就把桶变为红黑树，若是没超过，仍是用链表来实现。

在进行扩容操做时，掌握了java7时的操做，咱们能够想到，扩容为二倍，要么索引值和以前同样，要么就是最高位是在以前索引值的基础上再加一个一，就至关因而把原先的变成了两个链表，一个是高位的链表，一个是低位的链表，在把它赋值给新的桶中去。从而缓解了死锁问题（生成环的问题）。