1.什么是HashMap
基于哈希表的 Map 接口的實(shí)現(xiàn)。此實(shí)現(xiàn)提供所有可選的映射操作，并允許使用 null 值和 null 鍵。（除了非同步和允許使用 null 之外，HashMap 類與 Hashtable 大致相同。）此類不保證映射的順序，特別是它不保證該順序恒久不變。 此實(shí)現(xiàn)假定哈希函數(shù)將元素適當(dāng)?shù)胤植荚诟魍爸g，可為基本操作（get 和 put）提供穩(wěn)定的性能。迭代 collection 視圖所需的時(shí)間與 HashMap 實(shí)例的“容量”（桶的數(shù)量）及其大小（鍵-值映射關(guān)系數(shù)）成比例。所以，如果迭代性能很重要，則不要將初始容量設(shè)置得太高（或?qū)⒓虞d因子設(shè)置得太低）。
2.HashMap和HashTable的區(qū)別
- HashTable的方法是同步的，在方法的前面都有synchronized來同步，HashMap未經(jīng)同步，所以在多線程場(chǎng)合要手動(dòng)同步。
- HashTable不允許null值(key和value都不可以) ,HashMap允許null值(key和value都可以)。
- HashTable有一個(gè)contains(Object value)功能和containsValue(Object value)功能一樣。
- HashTable使用Enumeration進(jìn)行遍歷，HashMap使用Iterator進(jìn)行遍歷。
- HashTable中hash數(shù)組默認(rèn)大小是11，增加的方式是 old*2+1。HashMap中hash數(shù)組的默認(rèn)大小是16，而且一定是2的指數(shù)。
- 哈希值的使用不同，HashTable直接使用對(duì)象的hashCode，代碼是這樣的：
int hash = key.hashCode();
int index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;
而HashMap重新計(jì)算hash值，而且用與代替求模： ```java
int hash = hash(k);
int i = indexFor(hash, table.length);
static int hash(Object x) {
h ^= (h >>> 20) ^ (h >>> 12);
return h ^ (h >>> 7) ^ (h >>> 4);
}
static int indexFor(int h, int length) {
return h & (length-1);
}
3. HashMap與HashSet的關(guān)系
- HashSet底層是采用HashMap實(shí)現(xiàn)的：
public HashSet() {
map = new HashMap<E,Object>();
}
2. 調(diào)用HashSet的add方法時(shí)，實(shí)際上是向HashMap中增加了一行(key-value對(duì))，該行的key就是向HashSet增加的那個(gè)對(duì)象，該行的value就是一個(gè)Object類型的常量。
4. HashMap 和 ConcurrentHashMap 的關(guān)系
關(guān)于這部分內(nèi)容建議自己去翻翻源碼，
ConcurrentHashMap
也是一種線程安全的集合類，他和HashTable也是有區(qū)別的，主要區(qū)別就是加鎖的粒度以及如何加鎖，ConcurrentHashMap的加鎖粒度要比HashTable更細(xì)一點(diǎn)。將數(shù)據(jù)分成一段一段的存儲(chǔ)，然后給每一段數(shù)據(jù)配一把鎖，當(dāng)一個(gè)線程占用鎖訪問其中一個(gè)段數(shù)據(jù)的時(shí)候，其他段的數(shù)據(jù)也能被其他線程訪問。
5. HashMap實(shí)現(xiàn)原理分析
HashMap的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中有數(shù)組和鏈表來實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，但這兩者基本上是兩個(gè)極端。
數(shù)組:數(shù)組必須事先定義固定的長(zhǎng)度（元素個(gè)數(shù)），不能適應(yīng)數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)地增減的情況。當(dāng)數(shù)據(jù)增加時(shí)，可能超出原先定義的元素個(gè)數(shù)；當(dāng)數(shù)據(jù)減少時(shí)，造成內(nèi)存浪費(fèi)。
數(shù)組是靜態(tài)分配內(nèi)存，并且在內(nèi)存中連續(xù)。
數(shù)組利用下標(biāo)定位，時(shí)間復(fù)雜度為O(1)
數(shù)組插入或刪除元素的時(shí)間復(fù)雜度O(n)
數(shù)組的特點(diǎn)是：尋址容易，插入和刪除困難；
鏈表:鏈表存儲(chǔ)區(qū)間離散，占用內(nèi)存比較寬松。
鏈表是動(dòng)態(tài)分配內(nèi)存，并不連續(xù)。
鏈表定位元素時(shí)間復(fù)雜度O(n)
鏈表插入或刪除元素的時(shí)間復(fù)雜度O(1)
鏈表的特點(diǎn)是：尋址困難，插入和刪除容易。
哈希表
那么我們能不能綜合兩者的特性，做出一種尋址容易，插入刪除也容易的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)？答案是肯定的，這就是我們要提起的哈希表。
哈希表（(Hash table）既滿足了數(shù)據(jù)的查找方便，同時(shí)不占用太多的內(nèi)容空間，使用也十分方便。
哈希表有多種不同的實(shí)現(xiàn)方法，我接下來解釋的是最常用的一種方法—— 拉鏈法，我們可以理解為“鏈表的數(shù)組” ，如圖：
從上圖我們可以發(fā)現(xiàn)哈希表是由數(shù)組+鏈表組成的，一個(gè)長(zhǎng)度為16的數(shù)組中，每個(gè)元素存儲(chǔ)的是一個(gè)鏈表的頭結(jié)點(diǎn)。那么這些元素是按照什么樣的規(guī)則存儲(chǔ)到數(shù)組中呢。一般情況是通過hash(key)%len獲得，也就是元素的key的哈希值對(duì)數(shù)組長(zhǎng)度取模得到。比如上述哈希表中，12%16=12,28%16=12,108%16=12,140%16=12。所以12、28、108以及140都存儲(chǔ)在數(shù)組下標(biāo)為12的位置。 HashMap其實(shí)也是一個(gè)線性的數(shù)組實(shí)現(xiàn)的,所以可以理解為其存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的容器就是一個(gè)線性數(shù)組。這可能讓我們很不解，一個(gè)線性的數(shù)組怎么實(shí)現(xiàn)按鍵值對(duì)來存取數(shù)據(jù)呢？這里HashMap有做一些處理。 首先HashMap里面實(shí)現(xiàn)一個(gè)靜態(tài)內(nèi)部類Entry，其重要的屬性有 key , value, next，從屬性key,value我們就能很明顯的看出來Entry就是HashMap鍵值對(duì)實(shí)現(xiàn)的一個(gè)基礎(chǔ)bean，我們上面說到HashMap的基礎(chǔ)就是一個(gè)線性數(shù)組，這個(gè)數(shù)組就是Entry[]，Map里面的內(nèi)容都保存在Entry[]里面。
6. HashMap的存取實(shí)現(xiàn)
既然是線性數(shù)組，為什么能隨機(jī)存取？這里HashMap用了一個(gè)小算法，大致是這樣實(shí)現(xiàn)：
// 存儲(chǔ)時(shí):
int hash = key.hashCode(); // 這個(gè)hashCode方法這里不詳述,只要理解每個(gè)key的hash是一個(gè)固定的int值
int index = hash % Entry[].length;
Entry[index] = value;
// 取值時(shí):
int hash = key.hashCode();
int index = hash % Entry[].length;
return Entry[index];
- put
疑問：如果兩個(gè)key通過hash%Entry[].length得到的index相同，會(huì)不會(huì)有覆蓋的危險(xiǎn)？
這里HashMap里面用到鏈?zhǔn)綌?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的一個(gè)概念。上面我們提到過Entry類里面有一個(gè)next屬性，作用是指向下一個(gè)Entry。
打個(gè)比方， 第一個(gè)鍵值對(duì)A進(jìn)來，通過計(jì)算其key的hash得到的index=0，記做:Entry[0] = A。一會(huì)后又進(jìn)來一個(gè)鍵值對(duì)B，通過計(jì)算其index也等于0，現(xiàn)在怎么辦？HashMap會(huì)這樣做:B.next = A,Entry[0] = B,如果又進(jìn)來C,index也等于0,那么C.next = B,Entry[0] = C；這樣我們發(fā)現(xiàn)index=0的地方其實(shí)存取了A,B,C三個(gè)鍵值對(duì),他們通過next這個(gè)屬性鏈接在一起。所以疑問不用擔(dān)心。也就是說數(shù)組中存儲(chǔ)的是最后插入的元素。到這里為止，HashMap的大致實(shí)現(xiàn)，我們應(yīng)該已經(jīng)清楚了。
public V put(K key, V value) {
if (key == null)
return putForNullKey(value); //null總是放在數(shù)組的第一個(gè)鏈表中
int hash = hash(key.hashCode());
int i = indexFor(hash, table.length);
//遍歷鏈表
for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) {
Object k;
//如果key在鏈表中已存在，則替換為新value
if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {
V oldValue = e.value;
e.value = value;
e.recordAccess(this);
return oldValue;
}
}
modCount++;
addEntry(hash, key, value, i);
return null;
}
void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
Entry<K,V> e = table[bucketIndex];
table[bucketIndex] = new Entry<K,V>(hash, key, value, e); //參數(shù)e, 是Entry.next
//如果size超過threshold，則擴(kuò)充table大小。再散列
if (size++ >= threshold)
resize(2 * table.length);
}
當(dāng)然HashMap里面也包含一些優(yōu)化方面的實(shí)現(xiàn)，這里也說一下。比如：Entry[]的長(zhǎng)度一定后，隨著map里面數(shù)據(jù)的越來越長(zhǎng)，這樣同一個(gè)index的鏈就會(huì)很長(zhǎng)，會(huì)不會(huì)影響性能？HashMap里面設(shè)置一個(gè)因子，隨著map的size越來越大，Entry[]會(huì)以一定的規(guī)則加長(zhǎng)長(zhǎng)度。
- get
public V get(Object key) {
if (key == null)
return getForNullKey();
int hash = hash(key.hashCode());
//先定位到數(shù)組元素，再遍歷該元素處的鏈表
for (Entry<K,V> e = table[indexFor(hash, table.length)];
e != null;
e = e.next) {
Object k;
if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k)))
return e.value;
}
return null;
}
- null key的存取
null key總是存放在Entry[]數(shù)組的第一個(gè)元素。
private V putForNullKey(V value) {
for (Entry<K,V> e = table[0]; e != null; e = e.next) {
if (e.key == null) {
V oldValue = e.value;
e.value = value;
e.recordAccess(this);
return oldValue;
}
}
modCount++;
addEntry(0, null, value, 0);
return null;
}
private V getForNullKey() {
for (Entry<K,V> e = table[0]; e != null; e = e.next) {
if (e.key == null)
return e.value;
}
return null;
}
- 確定數(shù)組index：hashcode % table.length取模
HashMap存取時(shí)，都需要計(jì)算當(dāng)前key應(yīng)該對(duì)應(yīng)Entry[]數(shù)組哪個(gè)元素，即計(jì)算數(shù)組下標(biāo)；算法如下：
/**
* Returns index for hash code h.
*/
static int indexFor(int h, int length) {
return h & (length-1);
}
按位取并，作用上相當(dāng)于取模mod或者取余%。 這意味著數(shù)組下標(biāo)相同，并不表示hashCode相同。
- table初始大小
public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {
// Find a power of 2 >= initialCapacity
int capacity = 1;
while (capacity < initialCapacity)
capacity <<= 1;
this.loadFactor = loadFactor;
threshold = (int)(capacity * loadFactor);
table = new Entry[capacity];
init();
}
7. 解決hash沖突的辦法
開放定址法（線性探測(cè)再散列，二次探測(cè)再散列，偽隨機(jī)探測(cè)再散列） 再哈希法 鏈地址法 建立一個(gè)公共溢出區(qū) Java中hashmap的解決辦法就是采用的鏈地址法。
8. 再散列rehash過程
當(dāng)哈希表的容量超過默認(rèn)容量時(shí)，必須調(diào)整table的大小。當(dāng)容量已經(jīng)達(dá)到最大可能值時(shí)，那么該方法就將容量調(diào)整到Integer.MAX_VALUE返回，這時(shí)，需要?jiǎng)?chuàng)建一張新表，將原表的映射到新表中。
/**
* Rehashes the contents of this map into a new array with a
* larger capacity. This method is called automatically when the
* number of keys in this map reaches its threshold.
*
* If current capacity is MAXIMUM_CAPACITY, this method does not
* resize the map, but sets threshold to Integer.MAX_VALUE.
* This has the effect of preventing future calls.
*
* @param newCapacity the new capacity, MUST be a power of two;
* must be greater than current capacity unless current
* capacity is MAXIMUM_CAPACITY (in which case value
* is irrelevant).
*/
void resize(int newCapacity) {
Entry[] oldTable = table;
int oldCapacity = oldTable.length;
if (oldCapacity == MAXIMUM_CAPACITY) {
threshold = Integer.MAX_VALUE;
return;
}
Entry[] newTable = new Entry[newCapacity];
transfer(newTable);
table = newTable;
threshold = (int)(newCapacity * loadFactor);
}
/**
* Transfers all entries from current table to newTable.
*/
void transfer(Entry[] newTable) {
Entry[] src = table;
int newCapacity = newTable.length;
for (int j = 0; j < src.length; j++) {
Entry<K,V> e = src[j];
if (e != null) {
src[j] = null;
do {
Entry<K,V> next = e.next;
//重新計(jì)算index
int i = indexFor(e.hash, newCapacity);
e.next = newTable[i];
newTable[i] = e;
e = next;
} while (e != null);
}
}
}
