學習目標
1、hash沖突的解決辦法有哪幾種
2、HashTable、hashmap、CHM三者之間的區別
3、HashMap的默認長度是多少？默認擴容因子是多少？
4、HashMap它是怎么解決hash沖突的
5、HashMap為什么擴容是2的冪次方
6、談一下HashMap中put是如何實現的？
7、談一下hashMap中什么時候需要進行擴容，擴容resize()又是如何實現的？
8、談一下hashMap中get是如何實現的？
9、為什么是16？為什么必須是2的冪？如果輸入值不是2的冪比如10會怎么樣？
10、HashMap和HashTable的區別
11、hashmap中的擾動函數有什么作用
12、hashmap的底層數據結構（1.7和1.8版本）
13、hashmap為什么是線程不安全的（1.7和1.8版本）
14、在什么情況下hashmap的鏈表會轉化成紅黑樹
15、HashMap的key可以為null嗎？CHM呢？
第1章 前置知識
1、Hash表?????????????
Hash函數：MD5、SHA
Hash表：通過hash函數來計算數據位置的數據結構
HashMap通過數組去存儲
2、Hash沖突
多個不同的key通過hash函數運算之后落在同一個數組下標的位置。
解決方案：
- ThreadLocal解決方案：線性探索（開發尋址法）
- HashMap解決方案：鏈式地址法
- 再Hash法（通過多個hash函數）
3、鎖粒度
- hashtable：是對整個數組加鎖，兩個線程對同一個hashtable進行操作時，只可能有一個線程進行put。
- 1.7CHM：對數組中的每個segment加鎖，不同線程對同一個CHM進行操作時，如果hash計算沒有落在同一個segment時，就可以同時操作。每個segment里面存的也是一個16個長度的數組，然后數組里面存鏈表
- 18CHM：對數組中的每個node加鎖，不同線程對同一個CHM進行操作時，如果hash計算沒有落在同一個node時，就可以同時操作。每個node里面存的是存鏈表或紅黑樹。
第2章 HashMap
2.1 從new說起
HashMap hashMap=new HashMap(5);
public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {
if (initialCapacity < 0)
throw new IllegalArgumentException("Illegal initial capacity: " +
initialCapacity);
if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY)
initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY;
if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor))
throw new IllegalArgumentException("Illegal load factor: " +
loadFactor);
this.loadFactor = loadFactor;
this.threshold = tableSizeFor(initialCapacity); //代表hashMap的容量大于這個的時候會進行resize操作
}
不管傳多大的容量，容量都是最靠近設置值的2的冪次方，且大于傳入值
2.2 右移左移補充
<<表示左移移，不分正負數，低位補0；
注：以下數據類型默認為byte-8位
左移時不管正負，低位補0
正數：r = 20 << 2
20的二進制補碼：0001 0100
向左移動兩位后：0101 0000
結果：r = 80
r = 20 << 3
20的二進制補碼：0001 0100
向左移動兩位后：1010 0000
原碼：1110 0000
結果：r = -96
負數：r = -20 << 2
-20 的二進制原碼 ：1001 0100
-20 的二進制反碼 ：1110 1011
-20 的二進制補碼 ：1110 1100
左移兩位后的補碼：1011 0000
反碼：1100 1111
原碼：1101 0000
結果：r = -80
>>表示右移，如果該數為正，則高位補0，若為負數，則高位補1；
注：以下數據類型默認為byte-8位
正數：r = 20 >> 2
20的二進制補碼：0001 0100
向右移動兩位后：0000 0101
結果：r = 5
負數：r = -20 >> 2
-20 的二進制原碼 ：1001 0100
-20 的二進制反碼 ：1110 1011
-20 的二進制補碼 ：1110 1100
右移兩位后的補碼：1111 1011
反碼：1000 0100
原碼：1000 0101
結果：r = -5
>>>表示無符號右移，也叫邏輯右移，即若該數為正，則高位補0，而若該數為負數，則右移后高位同樣補0
正數： r = 20 >>> 2
的結果與 r = 20 >> 2 相同；
負數： r = -20 >>> 2
注：以下數據類型默認為int 32位
-20:源碼：10000000 00000000 00000000 00010100
反碼：11111111 11111111 11111111 11101011
補碼：11111111 11111111 11111111 11101100
右移：00111111 11111111 11111111 11111011
結果：r = 1073741819
-1源碼： 10000000 00000000 00000000 00000001
反碼： 11111111 11111111 11111111 11111110
補碼： 11111111 11111111 11111111 11111111
01111111 11111111 11111111 11111111
11111111 11111111 11111111 11111111
//保證
static final int tableSizeFor(int cap) {
int n = cap - 1; //減1.防止傳入的剛好是2的冪次方的時候，比如傳入4，不減1，會得到7；
n |= n >>> 1; //右移一位，然后|運算，能保證高2位是1，是4 n |= n >>> 2;
n |= n >>> 4;
n |= n >>> 8;
n |= n >>> 16; //類推到最大的2的32-1，也就是32個1！！因為JAVA中int4字節，也就是32位，達到int的最大值
return (n < 0) ? 1 : (n >= MAXIMUM_CAPACITY) ? MAXIMUM_CAPACITY : n + 1; //再加1，
}
舉例 傳入的cap是14
n=cap-1 ; 13 二進制位0000 1101
n |= n >>> 1; n>>>1 為 0000 0110 與n|運算 得到00001111
n |= n >>> 2; n>>>2 為 0000 0011 與n|運算 得到00001111
n |= n >>> 4; n>>>4 為 0000 0000 與n|運算 得到00001111
最終結果就是 00010000
2.3 擾動函數
static final int hash(Object key) {
int h;
return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
}
右移16位與本來的異或；能使高16位與低16位都參與hash運算！！減少hash沖突
比如
1110 1000 >>>4 0000 1110
0000 1110
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1110 0110
2.4 繼續put方法
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;
//判斷table是否為空
if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
//初始化
n = (tab = resize()).length;
if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null) //不存在hash沖突
tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
else { //hash沖突
Node<K,V> e; K k;
if (p.hash == hash && //hash值相等
((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) //key也相等
e = p; //直接將已有的給到e
else if (p instanceof TreeNode) //是紅黑樹
e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
else { //插入鏈表
for (int binCount = 0; ; ++binCount) { //一直遍歷，沒有條件
if ((e = p.next) == null) { //到了鏈表尾部
p.next = newNode(hash, key, value, null); //添加到鏈表尾部
if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st //當鏈表長度達到8，轉變為紅黑樹
treeifyBin(tab, hash);
break;
}
if (e.hash == hash &&
((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) //hash跟key都一樣，鏈表里面覆蓋
break;
p = e;
}
}
if (e != null) { // existing mApping for key //有需要覆蓋的節點，覆蓋
V oldValue = e.value;
if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
e.value = value;
afterNodeAccess(e);
return oldValue;
}
}
++modCount;
if (++size > threshold)
resize();
afterNodeInsertion(evict);
return null;
}
2.5 擴容（初始化）
final Node<K,V>[] resize() {
Node<K,V>[] oldTab = table;
int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length; //得到原來table的長度.假如是4
int oldThr = threshold; //得到原來的擴容臨界值 4*0.75=3
int newCap, newThr = 0; //新的table的長度與擴容臨界值
if (oldCap > 0) { //如果table有值，代表不是初始化
if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) { //判斷原來的table長度是不是到了最大值，如果到了最大值，不再擴容，直接返回原來的數組
threshold = Integer.MAX_VALUE;
return oldTab;
}
else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY && //newCap為oldCap的2倍，并且原來的長度>=16，臨界值為原有臨界值的2倍，這時newCap=8
oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)
newThr = oldThr << 1; // double threshold,結果是跟newCap*0.75一樣的，必須大于等于16，不然4的擴容是3，*2就會有問題
}
else if (oldThr > 0) // initial capacity was placed in threshold //當沒有數據的時候，初始化容量就為閾（yu）值
newCap = oldThr;
else { // zero initial threshold signifies using defaults //默認值
newCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY;
newThr = (int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY);
}
if (newThr == 0) { //當原來table的長度小于16的時候
float ft = (float)newCap * loadFactor; //newCap為原來長度的2倍*0.75 也就是8*0.75=6
newThr = (newCap < MAXIMUM_CAPACITY && ft < (float)MAXIMUM_CAPACITY ?
(int)ft : Integer.MAX_VALUE); //新的擴容臨界值為6
}
threshold = newThr; //擴容值變成了6
@SuppressWarnings({"rawtypes","unchecked"}) //不用再編譯完成后出現警告信息，忽略"rawtypes","unchecked"
Node<K,V>[] newTab = (Node<K,V>[])new Node[newCap]; // 新的數組長度為8
table = newTab; //table賦值為newTab
if (oldTab != null) { //進行數據遷移
for (int j = 0; j < oldCap; ++j) {
Node<K,V> e;
if ((e = oldTab[j]) != null) {
oldTab[j] = null; //便于GC
if (e.next == null) //沒有next，代表不是鏈表，就是數組
newTab[e.hash & (newCap - 1)] = e; //hash取模放到數組位置
else if (e instanceof TreeNode) //如果是紅黑樹，按紅黑樹轉移
((TreeNode<K,V>)e).split(this, newTab, j, oldCap);
else { // preserve order //鏈表，鏈表轉移
//低位鏈表，也就是當hash取模小于old的時候
Node<K,V> loHead = null, loTAIl = null;
//高位鏈表，也就是當hash取模大于等于old的時候
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);
//低位鏈表放在原有位置
if (loTail != null) {
loTail.next = null;
newTab[j] = loHead;
}
//如果超過了原來old，放在old的長度+j
if (hiTail != null) {
hiTail.next = null;
newTab[j + oldCap] = hiHead;
}
}
}
}
}
return newTab;
}
2.6 鏈表轉紅黑樹
final void treeifyBin(Node<K,V>[] tab, int hash) {
int n, index; Node<K,V> e;
if (tab == null || (n = tab.length) < MIN_TREEIFY_CAPACITY) //數組不到64，也不會轉紅黑樹
resize(); //擴容
else if ((e = tab[index = (n - 1) & hash]) != null) {
TreeNode<K,V> hd = null, tl = null; // 定義首、尾節點
do {
TreeNode<K,V> p = replacementTreeNode(e, null); //將該節點轉換為 樹節點
if (tl == null)
hd = p;
else {
p.prev = tl;
tl.next = p;
}
tl = p;
} while ((e = e.next) != null); // 繼續遍歷鏈表
// 到目前為止 也只是把Node對象轉換成了TreeNode對象，把單向鏈表轉換成了雙向鏈表
if ((tab[index] = hd) != null)
hd.treeify(tab); //轉為紅黑樹
}
}
HashMap底層為什么線程不安全，作者用了PPT演示了過程，文章中貼不出來，如果感興趣的同學可以私聊作者發給你
